Команда под руководством заслуженного профессора Хао Ли из Передового института исследований материалов создала соединение под названием Mg4C60, которое использует ковалентные связи между молекулами фуллерена для предотвращения структурного разрушения, которое обычно происходит при использовании этих материалов в анодах батарей. Результаты были опубликованы в Journal of the American Chemical Society 11 декабря, а прорыв был публично объявлен 23 декабря.
Устранение критических ограничений батареи
Большинство литий-ионных аккумуляторов сегодня используют графитовые аноды, которые ограничивают скорость быстрой зарядки и создают риски для безопасности из-за литиевого покрытия — процесса, при котором ионы лития накапливаются на поверхности анода, а не интегрируются в его структуру. Это явление может привести к деградации емкости и угрозам безопасности, особенно во время быстрой зарядки.[1][2][3]
Фуллерены, сферические молекулы углерода, также известные как C60, давно считаются перспективными альтернативами благодаря своим уникальным химическим свойствам и способности поддерживать окислительно-восстановительные реакции. Однако их практическое применение было затруднено низкой стабильностью. Предыдущие эксперименты показали, что соединения фуллеридов растворяются в карбонатном электролите во время работы аккумулятора, что приводит к потере емкости и нарушению внутренней структуры.
Каркасная структура Mg4C60 преодолевает эту проблему, используя атомы магния для создания ковалентных мостиков между молекулами фуллерена, формируя стабильную слоистую структуру, которая накапливает литий принципиально иным способом. Этот подход позволяет избежать потери материала и структурной деградации, которые ранее делали фуллереновые аноды непрактичными для коммерческих аккумуляторов.
Отдельные достижения в магнитном управлении
В параллельных разработках, анонсированных на этой неделе, исследовательская группа POSTECH в Южной Корее представила другую технологию, использующую магнитные поля для управления транспортом ионов лития в анодах батарей. Под руководством профессора Вон Бэ Кима эта стратегия «магнитного преобразования» достигла емкости накопления энергии примерно в четыре раза выше, чем у коммерческих графитовых анодов, при этом сохраняя эффективность более 99% в течение более 300 циклов. Система POSTECH, опубликованная в журнале Energy & Environmental Science, использует ферромагнитный феррит марганца для предотвращения образования игольчатых дендритов, которые могут вызвать возгорание батарей.
«Наши следующие шаги — расширить эту стратегию ковалентного связывания на более широкий спектр фуллереновых и углеродных каркасов с целью создания семейства стабильных анодных материалов высокой емкости, подходящих для быстрозаряжаемых батарей», — заявил Хао Ли. Команда планирует работать с промышленными партнерами для оценки масштабируемости и интеграции материалов в практические форматы элементов.
Общий
Детали
DOI: 10.1021/jacs.5c17338
Heng Liu: heng.liu.e1@tohoku.ac.jp, профиль https://www.wpi-aimr.tohoku.ac.jp/en/research/researcher/liu_h.html
Hao Li: li.hao.b8@tohoku.ac.jp, лаборатория https://www.li-lab-cat-design.com/
Комментариев нет:
Отправить комментарий