Dezvoltarea rapidă a vehiculelor electrice și a dispozitivelor electronice de mare putere a alimentat cererea tot mai mare de baterii litiu-ion cu încărcare ultra-rapidă. Cu toate acestea, bateriile reîncărcabile litiu-ion actuale suferă de o scădere severă a puterii în timpul proceselor de încărcare rapidă și pot duce chiar la defecțiuni catastrofale, ceea ce ridică riscuri de siguranță. Aceasta provine în principal din instabilitatea electrochimică la interfața anod-electrolit, declanșând depuneri dăunătoare de metal-litiu pe suprafața bateriei și o stabilitate termică slabă.
În ultimii ani, materialele anodice de înaltă tensiune au devenit alternative extrem de promițătoare pentru inhibarea depunerii excesive de litiu și a formării straturilor instabile de interfază solid-electrolitică (SEI). În ciuda acestor puncte forte, materialele de ultimă generație sunt încă limitate de o conductivitate ionică și o stabilitate termică nesatisfăcătoare, care slăbesc puterea de ieșire și fiabilitatea pe termen lung.
Conform relatărilor din presa străină, pentru a rezolva aceste probleme, o echipă de cercetare condusă de profesorul asociat Dongwook Han de la Universitatea Națională de Știință și Tehnologie din Seul a dezvoltat un material anodic de fosfat de litiu și titan (OS) off-stoichiometric (non-stoichiometric), cu o structură de tip NASICON. Acest material este bine cunoscut pentru stabilitatea structurală și termică excepțională. Designul poate induce transformarea spontană de fază sub suprafața particulelor de material activ pentru a depăși restricțiile cinetice și a obține performanțe stabile de încărcare rapidă.
Rezultatele cercetărilor relevante au fost publicate în revista Advanced Functional Materials.
Modulația de suprafață pentru transportul accelerat de ioni
Fosfatul de litiu și titan (LTP) posedă o structură de tip conductor superionic de sodiu (NASICON), care se mândrește cu o stabilitate structurală și termică remarcabilă, precum și cu canale rapide de difuzie a ionilor de litiu. Pentru a-i valorifica potențialul la scară largă, cercetătorii au adoptat o strategie de proiectare în afara stoichiometriei și au crescut în mod deliberat raportul dintre fosfor (P) și titan (Ti). O astfel de compoziție deficitară în titan generează domenii de fosfat de titan (TPO) aproape de suprafața particulelor LTP.
Aceste regiuni bogate în TPO acționează ca niște canale cinetice de înaltă eficiență, reducând bariera energetică pentru transportul ionilor de litiu prin interfața anod-electrolit și construind căi rapide de transfer de ioni în apropierea suprafețelor particulelor. În plus, legăturile P-O-P extrem de flexibile din cadrul structurii TPO oferă flexibilitate structurală pentru a se adapta la variațiile volumului în timpul ciclurilor de încărcare rapidă și protejează structura de tip NASICON împotriva deteriorării ireversibile.
Performanță robustă în condiții de încărcare rapidă
Prin urmare, în testele de capacitate a vitezei de încărcare, indicatorul vital care evaluează capacitatea de încărcare rapidă, anodul compozit OS-LTP-carbon (OS-LTP/C) și-a păstrat un remarcabil 86% din capacitatea inițială la o rată de încărcare de 10°C, în timp ce capacitatea anodului compozit LTP/C impecabil a scăzut drastic.
Acest material oferă, de asemenea, o stabilitate excelentă a ciclurilor după peste 250 de cicluri. Configurațiile cu celule complete prezintă performanțe similare de viteză și o compatibilitate largă cu catozii de înaltă tensiune.
O cale mai largă către baterii mai sigure
„Metoda noastră creează o paradigmă complet nouă pentru proiectarea bateriilor cu încărcare rapidă și poate fi aplicată pe scară largă la multiple sisteme viitoare de stocare a energiei, inclusiv baterii complet în stare solidă”, a subliniat Han. „Această strategie de proiectare poate face vehiculele electrice mai practice prin scurtarea timpului de încărcare, îmbunătățirea siguranței și oferirea de sprijin pentru rețelele electrice de energie regenerabilă.”
În concluzie, această strategie de design non-stoichiometric abordează unul dintre principalele obstacole cu care se confruntă bateriile reîncărcabile și oferă o abordare promițătoare pentru tehnologia de stocare a energiei cu încărcare ultra-rapidă, gata de utilizare comercială.
Data publicării: 07 august 2026