據(jù)外媒報道,加拿大光源(Canadian Light Source)的研究人員Toby Bond利用X射線,幫助設計強勁的電動汽車
電池,使其壽命更長。這項研究展示
電池充放電循環(huán)如何造成物理損傷,最終導致儲能能力下降。這項新工作指出,電池材料中形成的裂縫,與攜帶電荷的重要液體損耗之間存在聯(lián)系。
(圖片來源:Canadian Light Source)
研究人員利用薩斯喀徹溫大學(University of Saskatchewan)加拿大光源的腦磁感應斷層成像(BMIT)設施,對電池內(nèi)部進行詳細的CT掃描。這項研究專門探討電動汽車的電池,旨在輕量設備中儲存更多的能量。Bond表示:“一般來說,儲存的能量越多,電池退化得越快。”
在鋰離子電池中,這是因為隨著充放電循環(huán),鋰離子在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌。電荷不斷增多,導致材料膨脹;當鋰離子離開時,材料會收縮。經(jīng)過多次循環(huán),材料中開始形成微裂紋,使其保持電荷的能力逐漸降低。“這會導致電池中的材料從內(nèi)到外出現(xiàn)碎裂。如果損壞到一定程度,電池內(nèi)部的某些部件會脫落。更嚴重的話,可能引發(fā)安全問題。”
長期以來,該領域致力于研究這一問題,以及如何通過涂層和其他處理方法,有效解決這一問題。傳統(tǒng)上來說,人們會拆開電池,并在電子顯微鏡下觀察單個顆粒,以研究電池中形成的裂縫。這樣做會破壞電池,使研究人員無法保存較大的電池結(jié)構(gòu),也無法觀察這些裂縫對電池中其他部分產(chǎn)生的影響。
在這項研究中,研究人員在CLS利用X射線成像,在特定環(huán)境中探討這些裂縫所產(chǎn)生的影響,并觀察其如何導致電池的其余部分發(fā)生變化。研究人員發(fā)現(xiàn),隨著所形成的微裂縫越來越嚴重,電池中的液體會被吸收至裂縫之間的額外空間,導致剩下的液體不足。Bond表示:“這是第一次有人在工作電池中捕捉到所有這些同時產(chǎn)生的影響。液體電解質(zhì)損耗能引起嚴重的問題,因為電池中有任何部分無法獲得足夠的液體,就會停止工作。”
在研究過程中,研究人員探討多年來不斷充放電至不同水平的電池,以及從未使用過的其他條件相同的電池。通過BMIT明亮的聚焦光線采集3D X射線掃描圖,能夠清楚地看到使用過程對不同材料產(chǎn)生的影響,無論是從微觀尺度,還是整個電池。
研究團隊發(fā)現(xiàn),少量耗盡電池,比一直給電池放電造成的損耗要小。這大約是因為在一定時間內(nèi),電荷變化越小,對電池電極材料造成的物理損害就越小。對于很多新應用來說,如長途運輸、電動飛機,以及利用停放的電動汽車來儲能和向電網(wǎng)輸送能源等,了解這些影響非常重要。在這些情況下,通常在充電之前使用的電池全容量更多。
研究人員表示,隨著電動汽車逐漸取代內(nèi)燃機車輛,了解電池在不同條件下的表現(xiàn),具有重要意義。
(責任編輯:子蕊)
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