Новий електрод для EV-батарей збільшує потужність на 75% без втрати запасу ходу

Вчені з Південної Кореї представили розробку, здатну суттєво вплинути на майбутнє електротранспорту. Команда дослідників з Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) створила вдосконалений товстий електрод для літій-іонних акумуляторів, що забезпечує значно більшу вихідну потужність без зниження енергоємності.

Проект очолив професор Кен Мін Чон, і його робота спрямована на вирішення однієї з ключових проблем акумуляторних технологій – компромісу між дальністю ходу та потужністю.

Проблема: запас ходу проти потужності

Для збільшення запасу ходу електромобілів виробники прагнуть підвищити кількість активного матеріалу в батареях. Це призводить до використання товстіших електродів, які здатні накопичувати більше енергії. Однак такий підхід має серйозний недолік — зниження потужності.

Чим товстіший електрод, тим складніше і довше іонів літію переміщатися всередині його структури. Внаслідок цього погіршується віддача енергії при високих навантаженнях, таких як різке прискорення або рух у гору.

Дослідники UNIST зосередилися саме на цій проблемі. Їхня мета полягала в тому, щоб зберегти високу енергоємність товстих електродів, але при цьому відновити і навіть збільшити потужнісні характеристики.

Інженерія пір: ключ до зростання продуктивності

Прорив став можливим завдяки оптимізації внутрішньої пористої структури електрода. Усередині товстого електрода існують пори різного типу: великі канали між частинками активного матеріалу та мікропори, що формуються сполучними речовинами та провідними добавками. Останні утворюють так звану вуглецево-сполучну доменну структуру (CBD).

CBD необхідна для перенесення електронів, але за надмірної щільності вона починає перешкоджати руху іонів літію. У товстих електродах цей ефект особливо виражений. Команда UNIST змогла точно відрегулювати розподіл та співвідношення пір, забезпечивши швидкі іонні канали без втрати електронної провідності.

Результат – значне зростання потужності. При щільності розряду 2C новий електрод показав вихід 1,71 мА·ч/см² проти 0,98 мА·ч/см² у традиційних рішень, що означає приріст приблизно на 75%.

Нова модель проектування електродів

Для точного настроювання структури електрода дослідники розробили аналітичну модель Dual-Pore Transmission Line Model (DTLM). На відміну від класичних підходів, вона розглядає перенесення іонів двома паралельними шляхами — через великі пори і через мікропори CBD.

Такий підхід дозволяє безпосередньо пов'язати електричний опір із фізичною структурою електрода. Модель дозволяє точно оцінювати вплив сполучних матеріалів, агрегації частинок і складу суміші на ефективність перенесення іонів. Це відкриває шлях до застосування ІІ та фізично обґрунтованих нейромереж у розробці акумуляторів.

Значення для майбутніх електромобілів

За словами професора Чона, результати дослідження актуальні не лише для акумуляторів з високим вмістом нікелю, але й для інших перспективних хімічних складів, включаючи літій-залізо-фосфатні (LFP) батареї.

Для електромобілів це можливість збільшення запасу ходу без втрати динаміки. Батареї нового покоління зможуть зберігати високу потужність навіть за збільшеної ємності, що робить електромобілі більш універсальними та ефективними.