Samsung разработала материал для аккумуляторов, который повысит скорость зарядки в пять раз

Группа исследователей Института передовых технологий Samsung (SAIT) разработала «графеновый шар», уникальный аккумуляторный материал, который позволяет увеличить производительность аккумуляторов на 45% и в пять раз повысить скорость зарядки в сравнении со стандартными литий-ионными батареями. Открытие обеспечит прорыв на рынке аккумуляторных батарей следующего поколения, в частности, аккумуляторов для мобильных устройств и электромобилей. В своих исследованиях SAIT тесно сотрудничала с Samsung SDI, а также командой из Школы химической и биологической инженерии Сеульского национального университета.

Графен – это один слой атомов углерода из графита. Этот материал привлекает всё большее внимание производителей аккумуляторов и дисплеев благодаря своей высокой физической и химической стабильности. Графен в 100 раз эффективнее меди в плане электропроводности и обладает замечательной подвижностью электронов. Они движутся в 140 раз быстрее, чем в кремнии, что делает графен идеальным материалом для быстрой зарядки.

Открытие технологии производства батарей следующего поколения

Литий-ионные батареи впервые были запущены в коммерческое производство в 1991 году и широко применяются в создании мобильных устройств и электромобилей. Однако считается, что стандартные литиевые батареи, требующие значительного времени для зарядки (даже с учётом технологии быстрой зарядки пополнение энергии от 0 до 100% занимает не менее часа) уже достигли своего предела.

Чтобы увеличить их ёмкость и снизить время зарядки, было предпринято множество попыток и изучены возможности использования различных инновационных материалов. Среди рассмотренных вариантов графен практически повсеместно стал считаться наиболее перспективным как представитель категории материалов следующего поколения.

В теории батарее, созданной на базе «графенового шара», требуется всего 12 минут для полной зарядки. Кроме того, аккумулятор может стабильно поддерживать температуру до 60 градусов Цельсия, что особенно важно для электромобилей.

В своих исследованиях SAIT стремилась найти для создания батарей особый подход к применению графена, материала с высокой прочностью и проводимостью. Параллельно исследователи разработали механизм массового синтеза графена в трехмерную форму, по виду напоминающую попкорн, с использованием недорогого диоксида кремния (SiO2). Этот «графеновый шар» использовался как для анодного защитного слоя, так и для создания катода в литий-ионных батареях. Решение обеспечило увеличение емкости аккумуляторов, снижение времени зарядки, а также стабильность температуры.

Доктор Сын Ин-Хюк, возглавлявший проект от имени SAIT, сказал: «Наши исследования позволяют запустить массовый синтез многофункционального композитного материала графена по доступной цене. В то же время мы смогли значительно расширить возможности литий-ионных батарей в условиях, когда рынки мобильных устройств и электромобилей быстро растут. Наша цель – постоянно изучать и разрабатывать вторичные технологии для создания батарей в свете этих тенденций».

Результаты исследований SAIT подробно освещены в ноябрьском выпуске журнала Nature Communications в статье под названием «Графеновые шарики для литиевых аккумуляторов с быстрой зарядкой и высокой объемной плотностью энергии». SAIT также подала две заявки для получения патентов на технологию в США и Южной Корее.