研究人员对锂离子电池电极进行了最全面的研究,大多数损坏通常是由重复充电造成的。制造商可以利用这些信息为智能手机或汽车设计更可靠、更持久的电池,研究人员说
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电动汽车依赖智能手机中的锂离子电池技术,笔记本电脑和几乎所有的电子设备。

但这项技术的改进非常缓慢。虽然电动汽车可以处理的不仅仅是每天的平均通勤量,普通的汽油动力汽车在加满油的情况下还能跑得更远,充电站是稀缺的,给电池充电要比给油箱充电长得多。

为了提高锂离子电池的充电能力,增加电动车的使用量,该行业将不得不回归到电池如何随时间损耗的基础科学。

一个由多个研究所组成的研究小组对锂离子电池电极进行了最全面的研究。大多数损坏通常是由重复充电造成的。

制造商可以利用这些信息为您的智能手机或汽车设计更可靠、更持久的电池,研究人员说。

“电池电极损坏问题”


赵克杰说:“知识的创造有时比解决电池电极损坏问题更有价值。”普渡大学机械工程助理教授。“之前,人们没有技术或理论来理解这个问题。”

技术,在《先进能源材料》和《固体力学与物理杂志》上解释,基本上是由人工智能驱动的X射线工具。

它可以使用机器学习算法,一次自动扫描锂离子电池电极上的数千个粒子,一直扫描到组成粒子本身的原子。

授予,实际上,电池电极中有数以百万计的微粒。但是研究人员现在可以比以前更彻底地分析它们——在现实世界中我们使用商用电池的各种工作条件下,比如它们的电压窗口和充电速度。

“大多数工作都集中在单粒子水平上,并利用该分析来了解整个电池。

“但显然有一个缺口;一个微米级的粒子和整个电池在更大的尺度上有很大的不同,”赵说,他们的实验室研究电池的机械和电化学方面如何相互影响的基础科学。188betsport

离子与电极中的粒子相互作用


每次电池充电时,锂离子在正极和负极之间来回运动。这些离子与电极中的粒子相互作用,使它们随着时间的推移破裂和降解。电极损坏会降低电池的充电能力。

电池很难同时具有高容量和可靠性,赵说。增加电池的容量通常意味着牺牲其可靠性。

研究人员绘制锂离子电池损坏图的工作始于他们发现电池微粒的降解不会同时或在同一地点发生;有些粒子比其他粒子失败得更快。

但为了更详细地研究这个问题,团队需要共同创造一种新技术;现有的方法不能完全捕获电池电极的损坏。YouTube视频可从https://www.youtube.com/watch获取?V=CDSKB57ST8S。

研究人员转向大规模,在欧洲同步辐射设施(ESRF)和斯坦福同步辐射光源(SSRL)的SLAC国家实验室里,一个长达数英里的设施被称为同步加速器。

称为同步辐射X射线的图像


这些设施承载着几乎以光速运动的粒子,发出用来产生称为同步辐射X射线的图像的辐射。

弗吉尼亚理工学院的研究人员制造了用于测试的材料和电池——从智能手机的袋状电池到手表的硬币电池。

ESRF和SSRL的研究人员创造了一种能力,可以一次性扫描尽可能多的电池中的电极颗粒,然后生成这些X射线图像进行分析。

颗粒表面的颗粒破裂和降解图,称为“界面脱胶”,现在可以作为了解电池电极损坏程度的参考工具。

为了了解这些裂缝如何影响电池性能,赵在普渡大学的团队开发了理论和计算工具。

他们发现,例如,因为靠近锂离子来回穿梭的粒子,称为“分隔符”,比靠近电极材料底部的颗粒更有用,他们失败得更快。

“异种降解”


电极颗粒损伤的这种变异性,或“异质降解”,在较厚的电极和快速充电条件下更严重。

“电池的容量不取决于电池中有多少粒子;重要的是锂离子是如何使用的,”赵说。

这个项目的目标并不是每个研究人员和行业参与者都能使用这种技术本身——特别是考虑到美国只有少数几个同步加速器——而是让这些小组使用这种技术所产生的知识。

研究人员计划继续使用这项技术来记录损坏是如何发生的,并影响商用电池的性能。

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电动汽车依赖智能手机中的锂离子电池技术,笔记本电脑和几乎所有的电子产品。但技术进步非常缓慢。虽然电动汽车可以处理的不仅仅是每天的平均通勤量,普通的汽油动力汽车在加满油的情况下还能跑得更远,充电。。。