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研究人员发现电动汽车电池的新降解机制

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58京牌 哪怕是最先进的“富镍”电池材料,在长时间使用后也会出现疲劳,无法再充满电。,剑桥大学、利物浦大学和“钻石光源”研究所(Diamond Light Source)的研究人员,找到其中的原因之一,为开发提高电池寿命的新策略打开了大门。

图片来源:CAM官网

为了应对气候变化,许多国家已宣布,要在2050年以前用取代汽油或柴油动力汽车。未来,在电动汽车市场上,锂离子电池可能占据主导地位。对这些电池来说,目前最先进的正极材料是富镍锂过渡金属氧化物(nickel-rich lithium transition-metal oxides)。目前,大多数电动汽车电池的正极材料中都含有大量的钴。钴的放射性强,会引起严重的环境污染,研究人员尝试用更加实用的镍来代替钴。然而,就目前的技术水平而言,富镍材料的降解速度较快,为了在电动汽车等领域实现商业化应用,需要进一步提升技术。

为了实时监测电池材料的变化,研究人员利用激光技术设计出一种新的硬币电池,也称为纽扣电池。主要研究人员、剑桥大学化学系的 Dr Chao Xu表示:“这种设计提供了一种新可能性,可以研究多种电池化学物质在长时间循环过程中的降解机制。”在研究过程中,研究人员发现,电池经过反复充放电后,部分正极材料会变得疲劳,并且随着循环次数的增加,疲劳材料的数量也会不断增加。

研究人员从原子层面深入研究这些材料的结构,以探讨电池疲劳的真正原因。“为了充分发挥功能,电池材料需要随着锂离子的出入而膨胀和收缩。经过长时间使用,我们发现材料表面的原子会重新排列,形成新的结构,无法再存储能量。” 更糟糕的是,这些表面重建区域,显然充当了钉住其余材料的木桩,并阻止其收缩,使电池达不到完全充电状态。其结果是锂被卡在晶格中,而这种疲劳材料可以容纳的电荷较少。

这项研究由剑桥大学化学系的Clare P Grey教授领导,并得到法拉第研究所退化项目的支持。在这些发现的基础上,研究人员正在寻找有效的对策,比如保护性涂层和功能性电解质添加剂,以减缓降解过程,延长电池寿命。

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