Over het algemeen duurt het ongeveer 10 uur om een elektrische auto op te laden. Zelfs met snellaadtechnologie heb je nog minimaal 30 minuten nodig. Als elektrische voertuigen net zo snel zouden kunnen worden ‘opgeladen’ als traditionele benzinevoertuigen, zou het tekort aan oplaadpunten voor elektrische voertuigen worden verlicht.
Het is duidelijk dat de efficiëntie van lithium-ionbatterijen afhangt van het vermogen van het anodemateriaal om lithiumionen op te slaan. Onlangs heeft een onderzoeksteam van de Pohang University of Science and Technology (POSTECH) in Zuid-Korea een nieuw anodemateriaal ontwikkeld en een doorbraak bereikt. De nieuwste onderzoeksresultaten zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Functional Materials.
Er wordt gemeld dat ze een nieuwe zelfmengmethode hebben gebruikt om mangaanferriet-nanoplaten met een groot oppervlak te synthetiseren via een eenvoudig verplaatsingsreactieproces. Dit nieuwe materiaal kan meer lithiumionen opslaan en doorbreekt daarmee de theoretische grenzen.
In deze studie ontwierp het onderzoeksteam een nieuwe methode om mangaanferriet-nanoplaten te synthetiseren, een materiaal dat zowel uitstekende lithiumion-energieopslagmogelijkheden als goede ferromagnetische eigenschappen heeft. Onderzoekers zeggen dat deze baanbrekende technologie de opslagcapaciteit vergroot tot ongeveer 1,5 maal de theoretische limiet en het mogelijk maakt dat elektrische voertuigen in zes minuten volledig kunnen worden opgeladen.
Concreet voerden ze eerst een verdringingsreactie uit in een oplossing waarin mangaanoxide en ijzer werden gemengd, waardoor een heterostructuurverbinding ontstond met mangaanoxide aan de binnenkant en ijzeroxide aan de buitenkant. Het team gebruikte vervolgens een hydrothermische methode om mangaanferriet-nanoplaten te maken met een dikte van slechts nanometers. Deze aanpak maakt gebruik van sterk spin-gepolariseerde elektronen, waardoor het vermogen om grote hoeveelheden lithiumionen op te slaan aanzienlijk wordt verbeterd.
In deze studie ontwierp het onderzoeksteam een nieuwe methode om mangaanferriet als anodemateriaal te synthetiseren, bekend om zijn superieure opslagcapaciteit voor lithiumionen en ferromagnetisme. Ten eerste vindt er een elektrosubstitutiereactie plaats in een gemengde oplossing van mangaanoxide en ijzer, waardoor een heterostructuurverbinding ontstaat met mangaanoxide aan de binnenkant en ijzeroxide aan de buitenkant.
Dankzij deze innovatie kan het team de theoretische capaciteit van mangaanferrietanodematerialen effectief met meer dan 50% overschrijden. Het vergroten van het oppervlak van het anodemateriaal vergemakkelijkt de gelijktijdige beweging van een groot aantal lithiumionen, waardoor de laadsnelheid van de batterij wordt verhoogd. Experimentele resultaten tonen aan dat het slechts 6 minuten duurt om een batterij volledig op te laden met een capaciteit die gelijk is aan die van elektrische voertuigen die momenteel op de markt zijn.
De onderzoekers zeggen dat dit onderzoek het complexe proces van het bereiden van anodematerialen vereenvoudigt en baanbrekende vooruitgang heeft geboekt bij het vergroten van de batterijcapaciteit en het versnellen van het opladen.
"Het rationele ontwerp van het gebruik van elektronenspin om het oppervlak te veranderen om de elektrochemische beperkingen van traditionele anodematerialen te overwinnen en de batterijcapaciteit te verbeteren is een nieuw inzicht. Deze ontwikkeling kan de duurzaamheid van de batterij verbeteren en de oplaadtijd van elektrische voertuigen verkorten." Ze zeiden.