Традиционно электромобили заряжаются часами, но новый анодный материал, разработанный командой профессора Вон Пэ Кима из POSTECH, может сократить это время до шести минут. Этот прогресс обусловлен использованием нанолистов феррита марганца, синтезированных уникальным методом, что повышает емкость аккумулятора и скорость зарядки.
Обычно зарядка электромобиля занимает около 10 часов. Даже при использовании технологий быстрой зарядки вы все равно рассчитываете минимум на 30 минут – и это при условии, что на зарядной станции есть свободное место. Если бы электромобили могли заряжаться так же быстро, как мы заправляем традиционные бензиновые автомобили, это уменьшило бы нехватку мест для зарядки электромобилей.
Эффективность литий-ионных аккумуляторов, используемых в электромобилях, определяется способностью материала анода накапливать ионы лития. Недавно профессор Вон Бэ Ким из факультета химического машиностроения и Высшего института технологии черных и энергетических материалов Университета науки и технологий Пхохана (POSTECH, президент Му Хван Ким) возглавил исследовательскую группу по разработке нового анодного материала.
Его команда, в которую входили к.т.н. Кандидаты Сон Кю Кан и Минхо Ким с факультета химического машиностроения синтезировали нанолисты ферритов марганца (Mn 3-x Fe x O 4 ), используя новый метод самогибридизации, включающий простой процесс, основанный на гальваническом замещении. Эта новаторская технология увеличивает емкость аккумулятора примерно в 1,5 раза по сравнению с теоретическим пределом и позволяет заряжать электромобиль всего за шесть минут. Исследование было признано за выдающиеся достижения и опубликовано на обложке журнала Advanced Functional Materials .
В этом исследовании исследовательская группа разработала новый метод синтеза ферритов марганца в качестве анодного материала, известного своей превосходной литий-ионной емкостью и ферромагнитными свойствами. Сначала в растворе оксида марганца, смешанного с железом, произошла реакция гальванического замещения, приводящая к образованию гетероструктурного соединения с оксидом марганца внутри и оксидом железа снаружи.
Далее команда использовала гидротермальный метод для создания листов марганцевых ферритов нанометровой толщины с увеличенной площадью поверхности. В этом подходе использовались электроны с высокой спиновой поляризацией, что значительно увеличило емкость хранения значительного количества ионов лития. Это нововведение позволило команде эффективно превысить теоретическую емкость анодного материала из марганцевых ферритов более чем на 50 процентов.
Увеличение площади поверхности анодного материала способствовало одновременному перемещению большого количества ионов лития, тем самым улучшая скорость зарядки аккумулятора. Результаты экспериментов показали, что для зарядки и разрядки аккумулятора, емкость которого эквивалентна той, что используется в электромобилях, имеющихся на рынке, требуется всего шесть минут. Это исследование усовершенствовало сложный процесс синтеза, чтобы совершить прорыв в теоретической емкости анодного материала и значительно ускорить процесс зарядки аккумулятора.
Профессор Вон Бэ Ким, который возглавил исследование, заявил: «Мы предложили новое понимание того, как преодолеть электрохимические ограничения традиционных анодных материалов и увеличить емкость батареи, применив рациональный дизайн с изменением поверхности с помощью спина электронов». Он выразил оптимизм по поводу того, что эта разработка может привести к увеличению срока службы аккумуляторов и сокращению времени подзарядки электромобилей.