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美國新發(fā)現(xiàn)有助于實(shí)現(xiàn)比能達(dá)500Wh/kg的汽車電池

時間:2020-08-31 13:35來源:蓋世汽車 作者:余秋云
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(圖片來源:加州大學(xué)圣地亞哥分校)
 
      據(jù)外媒報道,美國加州大學(xué)圣地亞哥分校(the University of California San Diego)和愛達(dá)荷國家實(shí)驗(yàn)室(Idaho National Laboratory)的科學(xué)家仔細(xì)研究了鋰離子電池充電的最初階段,并且發(fā)現(xiàn)緩慢、低能量充電方式可以讓電極以無序的方式收集原子,從而改善電池的充電行為。此外,還發(fā)現(xiàn)了此前從未被發(fā)現(xiàn)的非晶態(tài)“玻璃狀”鋰,而且從傳統(tǒng)上看,制造此種非晶態(tài)金屬也極其困難。不過,這一發(fā)現(xiàn)為更好的電池、更快的催化劑以及其他材料科學(xué)的飛躍發(fā)展打開了大門。
 
       這一發(fā)現(xiàn)提出了用微調(diào)充電方式延長電池壽命的策略,而且此種玻璃狀金屬還可用于其他用途。
 
       鋰金屬被認(rèn)為是高能量可充電電池的首選陽極。但是,研究人員沒有很好地了解在充電過程中,在陽極表面所沉積的鋰原子。每次充電循環(huán)中,鋰原子在陽極上沉積方式都會有所不同,從而導(dǎo)致充電不穩(wěn)定,電池壽命有所縮短。
 
       加州大學(xué)圣地亞哥分校和愛達(dá)荷國家實(shí)驗(yàn)室研究小組想了解,充電模式是否受最初聚集的幾個原子的影響,即成核過程中聚集的原子。
 
       研究人員將配備液氮冷卻的強(qiáng)大電子顯微鏡的圖像和分析與計算機(jī)建模相結(jié)合,此種低溫電子顯微鏡可以讓研究人員看到鋰金屬“胚胎”的形成過程,而計算機(jī)模擬可以解釋所看到的東西。
 
       結(jié)果發(fā)現(xiàn),在特定條件下會產(chǎn)生一種結(jié)構(gòu)較差的鋰,是一種形狀不定(如玻璃),而不是晶體狀(如鉆石)的鋰。
 
       此前,研究人員從未觀察到純非晶態(tài)的金屬,而且極難生產(chǎn)此種金屬,因此通常需要讓金屬混合物(合金)來達(dá)到“玻璃化”的結(jié)構(gòu),此種結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的材料性能。
 
       在充電過程中,玻璃狀鋰“胚胎”更有可能在整個生長過程中保持形狀不定。在研究什么條件有利于玻璃成核時,研究小組感到了驚訝。研究人員表示:“我們可以在非常溫和的條件下,以非常慢的充電速度制造出非晶態(tài)金屬。”
 
       這一研究成果與之前的常識不符,因?yàn)檠芯咳藛T認(rèn)為沉積速度慢會讓原子找到進(jìn)入到有序晶體鋰中的途徑。但是,建模研究解釋了反應(yīng)動力學(xué)如何促進(jìn)玻璃狀金屬的形成。該小組通過打造四種活性更高的玻璃狀金屬來證實(shí)研究中的發(fā)現(xiàn),而且此四種金屬都有潛力應(yīng)用于電池。
 
       此次研究的成果有助于實(shí)現(xiàn)Battery500聯(lián)盟的目標(biāo)。該聯(lián)盟由美國能源部發(fā)起,而且美國能源部還對該項(xiàng)研究提供了資助。該聯(lián)盟的目標(biāo)是研發(fā)具有商業(yè)可行性的電動汽車電池,電池的比能需要達(dá)到500Wh/kg。此外,這一新發(fā)現(xiàn)有可能實(shí)現(xiàn)更有效的金屬催化劑、更強(qiáng)大的金屬涂層以及其他受益于玻璃金屬的應(yīng)用。                                                                                                                                                                                      
(責(zé)任編輯:子蕊)
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