Зарядка электромобиля сегодня занимает не менее получаса, тогда как заправка бензинового авто - считанные минуты. Команда учёных из Мэрилендского университета под руководством профессора Чуньшэна Вана ищет способ сократить это время до 10 минут - примерно столько нужно, чтобы выпить чашку кофе. Об этом они рассказали в статье в журнале Science.

Министерство энергетики США (DOE) поставило цель: заряжать батарею до 80% менее чем за 15 минут. Лаборатория Вана стремится превзойти этот ориентир. "К тому времени, как вы допьёте кофе, машина будет заряжена", - говорит исследователь Чан-Синь Чжао.

Раньше попытки ускорить зарядку сводились к изменению структуры электродов - деталей, через которые течёт ток. Но это уменьшало ёмкость аккумулятора, то есть запас энергии. Группа Вана решила обойти компромисс, обратившись к химии.

Учёные обнаружили ограничение в электролите - жидкой среде, по которой движутся ионы лития при заряде и разряде. При зарядке ионы идут от положительного электрода к отрицательному, увлекая за собой молекулы растворителя. Если зарядка идёт медленно, растворитель успевает вернуться в поры положительного электрода. При быстрой зарядке он не поспевает, электрод пересыхает, и процесс резко замедляется. Это явление называют электроосмотическим увлечением; в топливных элементах оно известно давно, а в литий-ионных аккумуляторах его до сих пор не учитывали.

Исследователи модифицировали электролит, добавив к молекулам растворителя фторсодержащие химические группы. Это ослабило притяжение между растворителем и ионами лития и помогло жидкости легче возвращаться в положительный электрод. В результате риск пересыхания снизился даже при быстрой зарядке.

Проверяли идею на маленьком аккумуляторе - так называемом пакетном элементе. Полностью зарядить его без потери других характеристик сложно, но результаты уложились в цели DOE: 80% за 12,8 минуты и 90% за 14,7 минуты.

Теперь Ван хочет сократить время до 10 минут, объединив фторированный растворитель с другой разработкой - адаптивным электролитом, который разделяется и защищает оба электрода от нагрузок быстрой зарядки. Кроме того, команда работает над увеличением срока службы батарей в нерабочем состоянии и расширением диапазона рабочих температур. "Мы хотим создать аккумулятор, который отвечает всем требованиям без ущерба для чего-либо", - говорит Ван.

Источник: Tech Xplore