Cercetătorii îmbunătățesc capacitățile de încărcare rapidă ale bateriilor Li-ion cu oxid de tungsten de niobiu

Cercetătorii de la Universitatea Wenzhou, împreună cu colegi de la alte universități din China și Laboratorul Național Argonne din SUA, au conceput oxidul de tungsten de niobiu (NbWO) pentru a accelera procesul de încărcare într-o baterie Li-ion în mod semnificativ.

Într-o lucrare cu acces deschis din Nature Communications , echipa raportează că proiectat NbWO (rGO/NbWO) prezintă o capacitate de 257 mAh g ^-1 la 0,2 C și 116 mAh g ^{-1 la 80 C, ceea ce menține o capacitate de 92,7% pentru} ₅₀₀ de cicluri la o rată de LiF10PO C cu celula LiF10PO. Anodul rGO/NbWO a ciclat la 5 C și a rămas 96,1% la primele 100 de cicluri și 77,0% capacitatea după 500 de cicluri la o rată mare de 5 C.

În această lucrare, prin vizualizarea directă a Li ^{+ intercalat electrochimic în Nb} ₁₆ W ₅ O ₅₅ de dimensiunea micronului , am descoperit că capacitatea de încărcare rapidă a materialului este derivată dintr-un proces de relaxare a rețelei dependent de viteză asociat cu efectul Jahn-Teller. Am observat că structura NbWO este foarte sensibilă la viteză: ionii de litiu tind să ocupe aleatoriu site-uri de rețea la rate mai mari, atenuând distorsiunile semnificative ale rețelei inerente structurii NbWO și facilitând intercalarea rapidă a ionilor de litiu.

În mod anormal, la rate mai mici, cum ar fi 0,1 C, distorsiunile rețelei au devenit mai pronunțate, afectând negativ stabilitatea structurală. Mai mult, transportul preferat de Li ^{+ în cristale de Nb} ₁₆ W ₅ O ₅₅ este verificat ca fiind principalul blocaj pentru încărcare rapidă, timp în care este lipsită intrarea oricărui Li ⁺ desolvat în vrac Nb ₁₆ W ₅ O ₅₅ prin suprafețele predominante non-(010).

În lumina acestor perspective mecaniciste, propunem strategia de inginerie a interfeței asistate de învățare automată, care acționează ca o interfață de atragere a Li pentru a colecta Li ⁺ desolvatat împotriva re-solvației la interfața electrod/electrolit și a le transporta în continuare la intrarea cu fațete (010) pentru intercalarea rapidă Li ⁺ , atenuând în mare măsură rata de încărcare și anisotrope. Prin urmare, a avut ca rezultat o îmbunătățire semnificativă a performanței de înaltă rată (≈116 mAh g ⁻¹ la 80 C, 45 s), depășind cu mult Nb ₁₆ W ₅ O ₅₅ tradițional (care prezintă o capacitate sub 50 mAh g ⁻¹ la 60 C, 60 s) și îndeplinește criteriile de încărcare rapidă definite de United States Advanced Battery Consortia BC încărcarea atingând 80% stare de încărcare în 15 minute (rată de 4 C), iar NbWO proiectat de noi atinge acest lucru chiar și la aproape 40 C, 90 s). Rezultatele obținute în urma acestei investigații vor contribui la cunoașterea mecanismelor de stocare cu litiu în materialele cu încărcare rapidă, contribuind la dezvoltarea bateriilor avansate cu încărcare rapidă.

— Guyo și colab.

 

Resurse

• Guo, Y., Guo, C., Li, P. şi colab. Îmbunătățirea capacității de încărcare rapidă a bateriilor Li-ion pe bază de NbWO. Nat Commun 16, 2441 (2025)