Самое неприятное ограничение владения электрическим автомобилем - это время, необходимое для полной зарядки аккумулятора. Например, для зарядки Tesla требуется 40 минут, чтобы зарядить ее до 80% емкости.

Ученые долгое время считали, что законы физики ограничивают скорость безопасной перезарядки батареи, но новое исследование, проведенное доцентом кафедры химической инженерии Университета штата Юта Тао Гао, открыло новые возможности к созданию батареи, которую можно перезарядить лишь за считанные минуты.

«Это понимание закладывает основу для будущих инженерных работ, необходимых для решения этой проблемы», - говорит Гао. «Теперь мы знаем, куда идти. У нас есть четкое видение того, что нужно сделать».

Литий-ионные батареи стали популярным выбором для портативной электроники и полностью электрических транспортных средств из-за их высокой плотности энергии, малого веса и длительного срока службы. Они также используются в портативных компьютерах, портативных электроприборах и для хранения солнечной энергии.

Но то, как быстро литий-ионный аккумулятор может перезаряжаться, мешает явление, известное как «покрытие лития», побочная реакция, которая происходит, когда ионы лития слишком быстро помещаются в частицы графита. Гао сравнивает работу литий-ионной батареи с мячом для пинг-понга, которым бьют по столу взад и вперед. Шар или ион лития перемещается от положительного электрода к отрицательному в процессе зарядки. Скорость зарядки аналогична скорости полета мяча. Покрытие лития происходит, когда ион лития движется слишком быстро, и частицы графита в батарее не могут его уловить, объясняет Гао. Во время зарядки это может быть опасно и привести к возгоранию или взрыву аккумулятора, что ограничивает скорость зарядки аккумулятора. Это также может серьезно повредить батарею, ограничив ее срок службы.

Открытие Гао раскрывает важную физику, которая управляет явлением литиевого покрытия в частицах графита во время зарядки аккумулятора, и позволяет прогнозировать образование литиевого покрытия при работе аккумулятора.

Гао считает, что с этим новым пониманием новые технологии могут создать автомобильный аккумулятор, который можно будет полностью заряжать в пять раз быстрее, чем обычно, или примерно за 10 минут, без опасности быстрого разрушения. По его словам, смартфоны, которые с самым быстрым зарядным устройством обычно занимают более получаса, также можно полностью зарядить всего за 10 минут.