你知道锂电池的三个缺点是什么吗？

在过去的三十年里，锂离子电池，一种将锂离子来回移动到充电和放电的可充电电池，使得小型设备的充电速度更快，持续时间更长。由SLAC的斯坦福材料与能源科学研究所的教员、斯坦福材料科学教授威廉·崔领导的一个国际研究小组今天发表了这些发现。天然材料.“以前，它有点像一个黑匣子，”麻省理工学院教授、这项研究的另一位负责人马丁·巴赞(MartinBazant)说。“你可以看到材料工作得很好，某些添加剂似乎也有帮助，但你不能确切地知道锂离子在这个过程的每一步都会往哪里走。”你只能尝试发展一种理论，并从测量中倒退。有了新的仪器和测量技术，我们开始对这些东西的工作原理有了更严格的科学理解。“爆米花效应任何乘坐过电动巴士、使用过电动工具或使用过无绳真空的人，都有可能从他们研究的电池材料中获益，磷酸铁锂。它也可以用于汽车的启动-停止功能与内燃机和储存风能和太阳能的电网。更好地理解这种材料和其他类似材料可能会导致更快的充电，更长的寿命和更耐用的电池。但直到最近，研究人员还只能猜测能让它发挥作用的机制。当锂离子电池充放电时，锂离子从液体溶液中流入固体储藏室。但是一旦进入固体，锂就会重新排列，有时导致材料分裂成两个不同的相，就像油和水混合在一起时分开一样。这就造成了觉悟所谓的“爆米花效应”。离子聚集在一起，形成热点，从而缩短电池寿命。

 

 

在这项研究中，研究人员使用了两种X射线技术来探索锂离子电池的内部工作.在SLAC的斯坦福同步辐射光源(SSRL)上，他们将X射线从磷酸铁锂样品中反射出来，以揭示其原子结构和电子结构，让他们了解锂离子在材料中是如何移动的。在伯克利实验室的高级光源(Als)上，他们使用X射线显微镜放大了这个过程，让他们能够描绘出锂的浓度随时间的变化。上游游以前，研究人员认为磷酸铁锂是一种一维导体，这意味着锂离子只能向一个方向穿过大部分物质，就像鲑鱼游向上游一样。但是，在仔细研究他们的数据时，研究人员注意到，锂在材料表面的运动方向与根据先前模型预测的方向完全不同。就好像有人把一片叶子扔到溪面上，发现水流的方向和游鲑鱼完全不同。当锂离子流入电池的固体电极-这里是六角形切片-锂可以重新排列，导致离子聚集成热点，从而缩短电池寿命。学分：斯坦福大学/三维图形他们与英国巴斯大学(UniversityofBath，UK)化学教授赛义夫·伊斯兰(SaifulIslam)合作，开发该系统的计算机模型和模拟。这些研究表明，锂离子在材料表面向另外两个方向移动，从而使磷酸铁锂成为三维导体。“事实证明，这些额外的途径是有问题的物质，促进爆米花一样的行为，导致它的失败，”觉清说。“如果锂可以在表面移动得更慢，它将使电池更加均匀。这是发展更高性能和更长寿命电池的关键。“电池工程的新前沿-离子电池确实是新的前沿，“他说。“我们已经发现并开发了一些最好的散装材料。我们已经看到锂离子电池为了跟进这项研究，研究人员将继续将建模、仿真和实验结合起来，试图用SLAC的Linac相干光源(LCLS)等设备，在许多不同的长度和时间尺度下，了解有关电池性能的基本问题。在LCLS中，研究人员将能够以每秒数万亿分之一的速度探测单个离子跳跃。“