Den raske utviklingen av elektriske kjøretøy og elektroniske enheter med høy effekt har drevet den økende etterspørselen etter ultrahurtigladende litiumionbatterier. Likevel lider dagens oppladbare litiumionbatterier av alvorlig effekttap under hurtigladeprosesser og kan til og med føre til katastrofale feil, noe som øker sikkerhetsrisikoer. Dette stammer hovedsakelig fra elektrokjemisk ustabilitet ved grensesnittet mellom anode og elektrolytt, noe som utløser skadelig metallisk litiumavsetning på batterioverflaten og dårlig termisk stabilitet.
I de senere år har høyspenningsanodematerialer blitt svært lovende alternativer for å hemme overdreven litiumavsetning og dannelsen av ustabile lag mellom faste elektrolytt-mellomfaser (SEI). Til tross for disse styrkene er toppmoderne materialer fortsatt begrenset av utilfredsstillende ionisk ledningsevne og termisk stabilitet, noe som svekker effekt og langsiktig pålitelighet.
Ifølge utenlandske medierapporter har et forskerteam ledet av førsteamanuensis Dongwook Han ved Seoul National University of Science and Technology utviklet et off-støkiometrisk (OS) litiumtitanfosfatanodemateriale med en NASICON-type struktur for å løse disse problemene. Dette materialet er kjent for eksepsjonell strukturell og termisk stabilitet. Designet kan indusere spontan fasetransformasjon under overflaten av aktive materialpartikler for å bryte gjennom kinetiske begrensninger og oppnå stabil hurtigladeytelse.
Relevante forskningsfunn er publisert i tidsskriftet Advanced Functional Materials.
Overflatemodulering for akselerert ionetransport
Litiumtitanfosfat (LTP) har en struktur av typen natrium-superionleder (NASICON), som kan skilte med enestående strukturell og termisk stabilitet samt raske litiumionediffusjonskanaler. For å utnytte potensialet i sin helhet, tok forskerne i bruk en off-støkiometrisk designstrategi og økte bevisst forholdet mellom fosfor (P) og titan (Ti). En slik titanfattig sammensetning genererer titanfosfat (TPO)-domener nær overflaten av LTP-partikler.
Disse TPO-rike områdene fungerer som høyeffektive kinetiske kanaler, som senker energibarrieren for litiumiontransport over anode-elektrolytt-grensesnittet og konstruerer raske ioneoverføringsveier nær partikkeloverflater. Dessuten gir svært fleksible P-O-P-bindinger innenfor TPO-rammeverket strukturell fleksibilitet til å tilpasse seg volumvariasjoner under hurtigladesykluser og beskytte NASICON-strukturen mot irreversibel skade.
Robust ytelse under hurtigladeforhold
Følgelig beholdt OS-LTP-karbon (OS-LTP/C) komposittanoden hele 86 % av sin opprinnelige kapasitet under ladehastigheten på 10 C i kapasitetstester, den viktigste indikatoren som evaluerer hurtigladekapasitet, mens kapasiteten til den rene LTP/C-komposittanoden falt drastisk.
Dette materialet gir også utmerket syklusstabilitet etter over 250 sykluser. Fullcellekonfigurasjoner viser tilsvarende god hastighetsytelse og bred kompatibilitet med høyspenningskatoder.
En bredere vei mot tryggere batterier
«Metoden vår skaper et helt nytt paradigme for design av hurtigladende batterier, og den kan brukes i stor grad på flere fremtidige energilagringssystemer, inkludert hel-solid-state-batterier», påpekte Han. «Denne designstrategien kan gjøre elbiler mer praktiske ved å forkorte ladetiden, forbedre sikkerheten og tilby støtte for fornybare energinett.»
Avslutningsvis adresserer denne ikke-støkiometriske designstrategien en av de viktigste hindringene oppladbare batterier står overfor, og tilbyr en lovende tilnærming for den kommersielt klare ultrahurtigladende energilagringsteknologien.
Publisert: 07.08.2026