De snelle ontwikkeling van elektrische voertuigen en krachtige elektronische apparaten heeft geleid tot een groeiende vraag naar ultrasnel oplaadbare lithium-ionbatterijen. De huidige oplaadbare lithium-ionbatterijen hebben echter last van een aanzienlijk vermogensverlies tijdens snelladen en kunnen zelfs leiden tot catastrofale storingen, wat veiligheidsrisico's met zich meebrengt. Dit komt voornamelijk door elektrochemische instabiliteit aan het anode-elektrolyt-grensvlak, wat schadelijke metaallithiumafzetting op het batterijoppervlak en een slechte thermische stabiliteit veroorzaakt.
De afgelopen jaren zijn hoogspanningsanodematerialen veelbelovende alternatieven gebleken voor het tegengaan van overmatige lithiumafzetting en de vorming van onstabiele vaste-elektrolyt-interfase (SEI)-lagen. Ondanks deze voordelen worden de huidige materialen nog steeds beperkt door een onvoldoende ionengeleiding en thermische stabiliteit, wat ten koste gaat van het vermogen en de betrouwbaarheid op lange termijn.
Volgens buitenlandse media heeft een onderzoeksteam onder leiding van universitair hoofddocent Dongwook Han van de Seoul National University of Science and Technology een niet-stoichiometrisch (OS) lithiumtitaniumfosfaat-anodemateriaal met een NASICON-structuur ontwikkeld om deze problemen op te lossen. Dit materiaal staat bekend om zijn uitzonderlijke structurele en thermische stabiliteit. Het ontwerp kan een spontane faseovergang onder het oppervlak van de actieve-materiaaldeeltjes teweegbrengen, waardoor kinetische beperkingen worden doorbroken en stabiele, snellaadprestaties worden bereikt.
Relevante onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Functional Materials.
Oppervlaktemodulatie voor versneld ionentransport
Lithiumtitaniumfosfaat (LTP) heeft een structuur van het type natriumsuperionengeleider (NASICON), die een uitstekende structurele en thermische stabiliteit biedt, evenals snelle diffusiekanalen voor lithiumionen. Om het volledige potentieel ervan te benutten, hebben onderzoekers een niet-stoichiometrische ontwerpstrategie toegepast en de verhouding tussen fosfor (P) en titanium (Ti) opzettelijk verhoogd. Deze titaniumarme samenstelling genereert titaniumfosfaat (TPO)-domeinen dicht bij het oppervlak van de LTP-deeltjes.
Deze TPO-rijke gebieden fungeren als zeer efficiënte kinetische kanalen, waardoor de energiebarrière voor lithiumionentransport over het anode-elektrolyt-grensvlak wordt verlaagd en snelle ionentransportroutes nabij de deeltjesoppervlakken worden gecreëerd. Bovendien bieden de zeer flexibele P-O-P-bindingen binnen het TPO-raamwerk structurele flexibiliteit om zich aan te passen aan volumeveranderingen tijdens snellaadcycli en beschermen ze de NASICON-achtige structuur tegen onherstelbare schade.
Robuuste prestaties, zelfs bij snelladen.
Bij tests naar de laadsnelheid, de cruciale indicator voor de snellaadcapaciteit, behield de OS-LTP-koolstof (OS-LTP/C) composietanode maar liefst 86% van zijn oorspronkelijke capaciteit bij een laadsnelheid van 10C, terwijl de capaciteit van de zuivere LTP/C composietanode drastisch daalde.
Dit materiaal biedt bovendien een uitstekende cyclusstabiliteit na meer dan 250 cycli. Volledige celconfiguraties vertonen eveneens uitstekende prestaties bij hoge laadsnelheden en een brede compatibiliteit met kathodes met hoge spanning.
Een bredere weg naar veiligere batterijen
"Onze methode creëert een compleet nieuw paradigma voor het ontwerp van snellaadbare batterijen en kan breed worden toegepast op diverse toekomstige energieopslagsystemen, waaronder volledig solid-state batterijen", aldus Han. "Deze ontwerpstrategie kan elektrische voertuigen praktischer maken door de laadtijd te verkorten, de veiligheid te verbeteren en ondersteuning te bieden aan elektriciteitsnetten die gebruikmaken van hernieuwbare energie."
Kortom, deze niet-stoichiometrische ontwerpstrategie pakt een van de belangrijkste obstakels aan waarmee oplaadbare batterijen te maken hebben en biedt een veelbelovende aanpak voor commercieel inzetbare ultrasnelle oplaadtechnologie voor energieopslag.
Geplaatst op: 7 augustus 2026