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法拉第研究所阐明固态电池失效原因

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58京牌 ,法拉第研究所(Faraday Institution)的科学家,在了解固态电池失效原因方面取得重要进展。

(图片来源:azom)

研究人员为这一科学难题的关键部分提供了答案。

新型“超越锂离子”电池化学设计,应逐步提升电池的续航里程和安全性,同时提供成本效益。固态电池属于这方面的潜在技术,然而,受若干关键技术挑战的影响,这种电池会在充放电时出现失效现象,从而阻碍其大规模应用。

此外,固态电池在反复充放电后会发生短路。电池失效的常见原因是锂枝晶生长,找到相关的解决方案,或将开启固态电池动力新时代。

牛津大学(University of Oxford)材料、化学和工程科学系的科学家们与钻石光源(Diamond Light Source)和瑞士谢尔研究所(Paul Scherrer Institute)合作,提出强有力的证据,以支持两种相互竞争的理论之一,即锂金属枝晶通过陶瓷电解质生长,在高电荷率下导致电池短路。

该团队使用X射线计算机断层扫描(与医用CAT扫描仪非常相似的成像方法),并结合空间映射X射线衍射,来设想和表征运行固态电池内部形成枝晶和裂缝的过程。

最初,在靠近镀锂负极的电解质中,形成锥形凹坑状裂纹。裂纹沿孔隙率大于陶瓷平均值的路径扩展。

然后,金属锂沿裂缝沉积,进而从后部加宽裂缝,使裂缝继续扩大。裂纹前沿在锂沉积之前已经扩大,因此裂纹尖端不存在锂。只有沿裂缝全部形成镀锂时,电芯才会最终短路。

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