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科学家们从内到外探究单个电池电极颗粒的化学性质

 新闻资讯     |      2022-06-03 00:30
本文摘要:科学家们从内到外探究单个电池电极颗粒的化学性质 构成锂离子电池电极的微粒是微小的但有力的:它们确定电池可以存储几多电荷,充电和放电的速度以及跟着时间的推移保持的时间,这对于电动汽车或电子产物的高机能至关重要。图片来历:S.Li等,Nature Communications,2020年 粒子外貌上的裂纹和化学反映会降低机能,整个粒子接收和释放锂离子的能力也会跟着时间而变化。

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科学家们从内到外探究单个电池电极颗粒的化学性质 构成锂离子电池电极的微粒是微小的但有力的:它们确定电池可以存储几多电荷,充电和放电的速度以及跟着时间的推移保持的时间,这对于电动汽车或电子产物的高机能至关重要。图片来历:S.Li等,Nature Communications,2020年 粒子外貌上的裂纹和化学反映会降低机能,整个粒子接收和释放锂离子的能力也会跟着时间而变化。科学家们已经研究了两者,可是直到此刻,他们还从未同时研究过单个粒子的外貌和内部,以相识一个粒子的产生如何影响另一个粒子。

在一项新研究中,由美国能源部部属的SLAC国度加快器尝试室的Liu Yijin带领的研究小组做到了这一点。他们将单个电池阴极颗粒(约红血球巨细)粘在针尖上,并用两台X射线仪器以3-D方式探测其外貌和内部。尝试发明粒子外貌的开裂和化学变化随位置的变化很大,而且与粒子内部深处的微观开裂区域相对应,从而减弱了其存储的能力。

SLAC首席科学家 LiuYijin说:“我们的成果表白,粒子的外貌和内部根基上是互相攀谈的。理解这种化学对话将帮忙我们设计整个粒子,比方,使电池轮回更快。

” 科学家今天在《自然通讯》中描述了他们的发明。展开全文 表里兼备 锂离子电池通过使锂离子通过电解质在两个电极(阳极和阴极)之间往返移动来存储和释放能量。给电池充电时,锂离子会冲入负极举行存储。当使用电池时,离子会脱离阳极并流入阴极,并在阴极发生电流。

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每个电极都包罗很多微观粒子,每个粒子甚至包罗更小的晶粒。它们的布局和化学性质是电池机能的关键。

跟着电池的充电和放电,锂离子会渗入和离开颗粒原子之间的空间,从而使它们膨胀和收缩。跟着时间的流逝,这可能会使粒子分裂,从而降低其接收和释放离子的能力。

粒子还会与周围的电解质产生反映,形成一个外貌层,该外貌层会阻碍离子进入和脱离。跟着裂纹的成长,电解液会更深地渗透,从而损坏内部。

用X射线显微镜拍摄的图像显示出富镍层状氧化物电池电极(左)中的颗粒,科学家将单个带电粒子焊接到了钨针的尖端(右),以便他们可以使用两个X射线仪器探测其外貌和内部。该颗粒约莫是红细胞的巨细。这项研究的重点是由富镍层状氧化物制成的颗粒,从理论上讲,它可以比当今的电池质料存储更多的电荷。

Liu说,由于钴的开采具有奋发的人工成本,其含有较少的钴,从而越发绿色环保。但还面对一个问题:在多轮高压充电期间,颗粒用于存储电荷的能力迅速下降(这种类型的电荷用于对电动汽车举行快速充电)。Liu说:“电极中有数以百万计的颗粒。

每个颗粒都像一个装有很多谷物的饭团。它们是电池的基石,每个电池都是奇特的,就像每小我私家都有差别的特征一样。

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” 驯服下一代质料 Liu说,“科学家们一直在研究两种根基方法来最大水平地减少损坏并提高颗粒的机能。在外貌上涂一层掩护涂层,并以差别的方式将颗粒聚集在一起以改变内部布局。两种方法都可能有效,可是将它们联合起来会越发有效,这就是为什么我们必需着眼于大局。” Li Shaofeng(SSRL)的会见研究生,将作为SLAC的博士后研究员插手SLAC。

他举行了X射线尝试,该尝试使用两种仪器查抄了带电电池中单个安装在针上的阴极颗粒,一种扫描外貌,另一种探测室内。基于这些成果,由普渡大学副传授Zhao Kejie带领的理论家开辟了一种计较机模型,该模型显示了如安在12分钟的时间内带电损坏粒子,以及这种损坏方式如何反应外貌与内部之间的彼此感化。

Liu说:“我们获得的图像看出粒子中处处都有变化。比方,外貌上的某些区域比其他区域退化得更多,这会影响内部的反映方式,从而使外貌以差别的方式退化。” 他说:“此刻,该团队打算将该技能应用于他们已往研究过的其他电极质料,尤其要注意充电速度如何影响损坏方式。您但愿可以或许在10分钟而不是几个小时内给电动汽车充电,所以这是后续研究的重要偏向。

” 来历:教育新闻网,及其网络 返回,检察更多。


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