6月8日,牛津大學(xué)(University of Oxford)研究人員在期刊《Nature》發(fā)表了一項新研究,可顯著改進電動汽車(EV)
電池。通過使用先進的成像技術(shù),新研究揭示了導(dǎo)致鋰金屬固態(tài)
電池(Li-SSB)失效的機制。如果能夠克服這些問題,使用鋰金屬陽極的固態(tài)電池就可以顯著改進EV電池續(xù)航里程、安全性和性能,并有助于推動電動航空的發(fā)展。
圖片來源:牛津大學(xué)
該研究的共同主要作者之一、牛津大學(xué)材料系博士生Dominic Melvin表示:“用鋰金屬陽極開發(fā)固態(tài)電池是電池技術(shù)進步面臨的最重要挑戰(zhàn)之一。雖然今天的鋰離子電池將繼續(xù)改進,但對固態(tài)電池的研究有可能實現(xiàn)高回報和改變游戲規(guī)則的技術(shù)。”
圖片來源:牛津大學(xué)
與其他電池不同,Li-SSB使用固體電解質(zhì)代替了傳統(tǒng)電池中易燃的液體電解質(zhì),并使用鋰金屬作為陽極(負極)。固體電解質(zhì)的使用提高了安全性,而鋰金屬的使用意味著可以儲存更多的能量。然而,Li-SSB面臨的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)是,由于“枝晶”(鋰金屬細絲會穿透陶瓷電解質(zhì))的生長,電池在充電時容易發(fā)生短路。作為法拉第研究所SOLBAT項目的一部分,牛津大學(xué)材料、化學(xué)和工程科學(xué)系的研究人員領(lǐng)導(dǎo)了一系列深入調(diào)查,以更多地了解這種短路是如何發(fā)生的。
在這項最新研究中,該小組在Diamond Light Source使用了稱為X射線計算機斷層掃描的先進成像技術(shù),以前所未有的細節(jié)可視化充電過程中的枝晶失效。新成像研究表明,枝晶裂紋的萌生和傳播是獨立的過程,由不同的潛在機制驅(qū)動。當鋰在次表層孔隙中積累時,枝晶裂紋就開始了。當孔隙變滿時,電池的進一步充電會增加壓力,導(dǎo)致破裂。相比之下,傳播發(fā)生在鋰僅部分填充裂縫的情況下,通過楔形開口機制驅(qū)動裂縫從后面打開。
圖片來源:牛津大學(xué)
這種新的理解為克服Li-SSB的技術(shù)挑戰(zhàn)指明了方向。Dominic Melvin表示:“例如,雖然鋰陽極的壓力可以很好地避免在放電時與固體電解質(zhì)的界面產(chǎn)生間隙,但研究結(jié)果表明,充電引起的壓力過大可能使枝晶生長和造成短路。”
法拉第研究所首席執(zhí)行官Pam Thomas教授表示:“SOLBAT研究人員繼續(xù)發(fā)展對固態(tài)電池失效的機理理解,這也是在汽車應(yīng)用中實現(xiàn)具有商業(yè)相關(guān)性能的高功率電池之前需要克服的一個障礙。”
(責任編輯:子蕊)
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