Корейські науковці створили новий тип анода для літій-іонних акумуляторів, який може суттєво збільшити термін служби електромобілів та портативних пристроїв. Розробка поєднує швидке заряджання із тривалою стабільністю - проблемою, яку досі не вдавалося вирішити більшості технологій.
Дослідницька група з Ульсанського національного інституту науки й технологій (UNIST), Корейського університету та Корейського інституту науки й технологій (KIST) створила гібридний анод, що поєднує частинки графіту з вигнутими нанолистами органічного матеріалу - хлорованого гексабензокоронену (Cl-cHBC). Така архітектура утворює розширені міжшарові простори та наноканали, якими йони літію проходять набагато швидше, ніж у звичайних анодах.
Під час тестувань гібридний анод показав чотириразове збільшення ємності порівняно зі стандартним графітовим анодом під час швидкої зарядки зі струмом 4 ампера на грам. Після понад 1000 циклів заряджання-розряджання елементи зберегли близько 70% початкової ємності. У пакетних елементах анод продемонстрував стабільну роботу понад 2100 циклів із кулонівською ефективністю 99%, що свідчить про його високу довговічність.
Ключ до успіху - у поетапному впровадженні йонів літію: спершу вони проникають у нанолисти, а потім переходять до графіту. Такий механізм запобігає утворенню «мертвого літію» - шару, який зазвичай виникає під час надшвидкої зарядки й знижує ефективність акумулятора.
Моделювання підтвердило, що саме ця структура забезпечує стійкість анода до деградації навіть під великими навантаженнями. Вчені зазначають, що технологія сумісна з поточною виробничою інфраструктурою, тож її можна масштабувати для промислового застосування.
Гнучкість вигнутих нанолистів також відкриває шлях до створення інших систем накопичення енергії, зокрема натрій-іонних акумуляторів, які можуть стати екологічнішою та дешевшою альтернативою літій-іонним.
Результати дослідження опубліковані у журналі Advanced Functional Materials і вважаються важливим кроком до створення акумуляторів нового покоління, що поєднують швидку зарядку з довготривалою стабільністю.