Den hurtige udvikling af elbiler og højtydende elektroniske enheder har øget den stigende efterspørgsel efter ultrahurtigopladede lithium-ion-batterier. Ikke desto mindre lider nuværende genopladelige lithium-ion-batterier af alvorligt effekttab under hurtigopladningsprocesser og kan endda føre til katastrofale fejl, hvilket øger sikkerhedsrisici. Dette stammer hovedsageligt fra elektrokemisk ustabilitet ved anode-elektrolyt-grænsefladen, hvilket udløser skadelig metallisk lithiumaflejring på batteriets overflade og dårlig termisk stabilitet.
I de senere år er højspændingsanodematerialer blevet meget lovende alternativer til at hæmme overdreven litiumaflejring og dannelsen af ustabile faste elektrolyt-mellemfaselag (SEI). Trods disse styrker er de nyeste materialer stadig begrænset af utilfredsstillende ionledningsevne og termisk stabilitet, hvilket svækker effekt og langsigtet pålidelighed.
Ifølge udenlandske medierapporter har et forskerhold ledet af lektor Dongwook Han ved Seoul National University of Science and Technology udviklet et off-støkiometrisk (OS) lithium-titaniumfosfat-anodemateriale med en NASICON-type struktur for at løse disse problemer. Dette materiale er velkendt for exceptionel strukturel og termisk stabilitet. Designet kan inducere spontan fasetransformation under overfladen af aktive materialepartikler for at bryde kinetiske begrænsninger og opnå stabil hurtigopladningsydelse.
Relevante forskningsresultater er blevet offentliggjort i tidsskriftet Advanced Functional Materials.
Overflademodulation til accelereret iontransport
Lithiumtitaniumfosfat (LTP) har en struktur af typen natrium-superionleder (NASICON), som kan prale af enestående strukturel og termisk stabilitet samt hurtige lithium-ion-diffusionskanaler. For at udnytte dets fulde potentiale anvendte forskerne en off-støkiometrisk designstrategi og øgede bevidst forholdet mellem fosfor (P) og titanium (Ti). En sådan titanfattig sammensætning genererer titaniumfosfat (TPO)-domæner tæt på overfladen af LTP-partikler.
Disse TPO-rige områder fungerer som højeffektive kinetiske kanaler, der sænker energibarrieren for lithium-ion-transport over anode-elektrolyt-grænsefladen og konstruerer hurtige ionoverføringsveje nær partikeloverflader. Derudover giver meget fleksible P-O-P-bindinger inden for TPO-rammen strukturel fleksibilitet til at tilpasse sig volumenvariationer under hurtige opladningscyklusser og beskytter NASICON-strukturen mod irreversibel skade.
Robust ydeevne under hurtigopladningsforhold
I hastighedskapacitetstests, den afgørende indikator, der evaluerer hurtigopladningskapaciteten, bevarede OS-LTP-kulstof (OS-LTP/C) kompositanoden derfor bemærkelsesværdige 86% af sin oprindelige kapacitet under 10C-opladningshastigheden, mens kapaciteten af den ubehandlede LTP/C-kompositanode faldt drastisk.
Dette materiale leverer også fremragende cyklisk stabilitet efter over 250 cyklusser. Fuldcellekonfigurationer viser tilsvarende god hastighedsydelse og bred kompatibilitet med højspændingskatoder.
En bredere vej mod sikrere batterier
"Vores metode skaber et helt nyt paradigme for design af hurtigopladede batterier, og den kan anvendes bredt på flere fremtidige energilagringssystemer, herunder komplette solid-state-batterier," påpegede Han. "Denne designstrategi kan gøre elbiler mere praktiske ved at forkorte opladningstiden, forbedre sikkerheden og understøtte vedvarende energinet."
Afslutningsvis adresserer denne off-støkiometriske designstrategi en af de centrale udfordringer, som genopladelige batterier står over for, og tilbyder en lovende tilgang til den kommercielt klarede ultrahurtige energilagringsteknologi.
Opslagstidspunkt: 7. august 2026