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新研究揭示了影響新舊鋰電池壽命的關(guān)鍵因素

2022-05-06 09:21:23來(lái)源：cnBeta.COM 閱讀量：146 評(píng)論

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導(dǎo)讀：在 2022 年 4 月 29 日發(fā)表于《科學(xué)》雜志上的一篇文章中，美國(guó)能源部 SLAC 國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室攜手普渡大學(xué)、弗吉尼亞理工、歐洲同步加速器輻射設(shè)施的研究人員們，共同探討了電池衰減背后的深層原因。

　　據(jù)悉，在經(jīng)歷了一定次數(shù)的充放電循環(huán)之后，鋰離子電池不可避免地會(huì)迎來(lái)報(bào)廢的命運(yùn)。而為了盡可能地延長(zhǎng)它們的壽命，世界各地的研究人員也在付出持續(xù)不懈的努力。最新消息是，在 2022 年 4 月 29 日發(fā)表于《科學(xué)》雜志上的一篇文章中，美國(guó)能源部 SLAC 國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室攜手普渡大學(xué)、弗吉尼亞理工、歐洲同步加速器輻射設(shè)施的研究人員們，共同探討了電池衰減背后的深層原因。
 
　　起初，衰減似乎由單個(gè)電極粒子的特性所驅(qū)動(dòng)。但在持續(xù)了數(shù)十次充放電循環(huán)后，這些粒子是如何組織到一起的，就顯得更加重要了。
 
　　SLAC 科學(xué)家、斯坦福同步加速器輻射光源研究員、兼這項(xiàng)研究的資深作者 Yijin Liu 表示：
 
　　構(gòu)成電池電極的這些粒子，屬于最基本的構(gòu)建塊。但當(dāng)你放大后，就會(huì)注意到這些粒子的相互作用。
 
　　正因如此，若你想要打造更優(yōu)秀的電池，就必須深入了解這些粒子是如何組合到一起的。
 
　　這項(xiàng)研究的重點(diǎn)，并不僅僅放在單個(gè)粒子上，還涉及它們的協(xié)同工作，以找到影響其壽命長(zhǎng)短的模式。
 
　　于是在過(guò)往研究的基礎(chǔ)上，Liu 與同僚們借助了計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，來(lái)研究構(gòu)成可充電電池電極的單個(gè)粒子，是如何隨時(shí)間推移而分解的。
 
　　研究資深作者、普渡大學(xué)機(jī)械工程教授 Keije Zhao 與弗吉尼亞理工大學(xué)化學(xué)教授 Feng Lin 拿人舉例稱：
 
　　一開(kāi)始，電池粒子各走各的路。但最終，彼此之間就會(huì)撞到，然后一起朝著某個(gè)方向去使勁。
 
　　想要了解峰值效率，就必須深入研究粒子的個(gè)體、以及它們?cè)谌后w中的行為。
 
　　為了探索這個(gè)想法，研究一作、SSRL 博士后研究員 Jizhou Li、普渡大學(xué)研究生 Nikhil Sharma 與其他同事展開(kāi)了合作，以期用 X 射線對(duì)電池的陰極展開(kāi)研究。
 
　　在經(jīng)歷了 10 或 50 個(gè)充放電周期后，他們用 X 射線斷層掃描方法重建了 3D 圖像，然后將這些 3D 圖片分割成一系列 2D 切片、并使用計(jì)算機(jī)視覺(jué)方法來(lái)識(shí)別粒子。
 
　　最終他們確定了 2000+ 的單個(gè)粒子，不僅計(jì)算了每個(gè)粒子的大小、形狀、表面粗糙度等特征，還計(jì)算了更多的全局特性 —— 比如粒子彼此接觸的頻率與形狀變化程度。
 
　　接下來(lái)他們他們研究了這些細(xì)分特性是如何導(dǎo)致粒子分解的，并找到了一種不可忽略的模式 —— 即在 10 次充放電循環(huán)后，單個(gè)粒子的特性影響最大，包括顆粒的球形程度、以及體積 / 表面積比率。
 
　　然而在經(jīng)歷了 50 次循環(huán)之后，兩個(gè)粒子相距多遠(yuǎn)、其形狀發(fā)生了多大的變化、以及更細(xì)長(zhǎng)的足球形粒子是否具有相似的取向，又在推動(dòng)粒子分解這件事上發(fā)揮了更大的影響力。
 
　　Yijin Liu 補(bǔ)充道：換言之，與單個(gè)粒子相比，此時(shí)粒子間的相互作用變得更加重要?；诖耍囯姵刂圃焐炭蓢L試開(kāi)發(fā)出控制這種特性的相關(guān)技術(shù)。
 
　　比如他們可以借助磁場(chǎng)或電場(chǎng)，以將細(xì)長(zhǎng)的粒子彼此對(duì)齊。新研究結(jié)果已經(jīng)表明，這么做有助于延長(zhǎng)電池的使用壽命。
 
　　原標(biāo)題：充放電循環(huán)的背后：新研究揭示了影響新舊鋰電池壽命的關(guān)鍵因素
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