Зарядка электромобиля обычно занимает около 10 часов или дольше, и даже при использовании методов быстрой зарядки это занимает не менее 30 минут. Это при условии, что на зарядной станции есть свободное место. Если бы мы могли заряжать электромобили так же быстро, как заправляют автомобили с бензиновым двигателем, это могло бы помочь устранить нехватку зарядных станций для электромобилей.

Эффективность литий-ионных аккумуляторов, используемых в электромобилях, определяется способностью материала анода накапливать ионы лития. Недавно профессор Вон Бэ Ким с факультета химической инженерии и Высшего института технологии черных металлов и энергетических материалов при Университете науки и технологии Пхохан (POSTECH, президент Му Хван Ким) возглавил исследовательскую группу по разработке нового анодного материала.

Его команда, в которую входили кандидаты наук Сонг Кю Кан и Минхо Ким с факультета химической инженерии, синтезировали нанолисты ферритов марганца (Mn3-xFexO4), используя новый метод самогибридизации, включающий простой процесс гальванического замещения.

Эта инновационная 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 его выдающиеся результаты и опубликовано в качестве статьи на первой странице журнала Advanced Functional Materials.

В этом исследовании исследовательская группа разработала новый метод синтеза марганцевых ферритов в качестве анодного материала, известного своей превосходной литий-ионной емкостью для хранения и ферромагнитными свойствами. Сначала в растворе оксида марганца, смешанного с железом, происходила 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. Этот подход использовал электроны с высокой спиновой поляризацией, что значительно увеличило емкость хранилища для значительного количества ионов лития. Это новшество позволило команде эффективно превысить теоретическую емкость анодного материала из марганцевых ферритов более чем на 50 процентов.

Увеличение площади поверхности материала анода способствовало одновременному перемещению большого количества ионов лития, тем самым повышая скорость зарядки аккумулятора. Результаты экспериментов показали, что для зарядки и разрядки аккумулятора емкостью, эквивалентной той, которая используется в электромобилях, представленных в настоящее время на рынке, требуется всего шесть минут. Это исследование усовершенствовало сложный процесс синтеза, чтобы совершить прорыв в теоретической емкости материала анода и значительно ускорить процесс зарядки аккумулятора.

Профессор Вон Бэ Ким, возглавлявший исследование, заявил: «Мы предложили новое понимание того, как преодолеть электрохимические ограничения обычных анодных материалов и увеличить емкость батареи, применив рациональную конструкцию с изменением поверхности с помощью вращения электронов». Он выразил оптимизм по поводу того, что это развитие может привести к увеличению срока службы аккумуляторов и сокращению времени подзарядки электромобилей.