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SLAC发现:电池材料在极冷环境中出现裂纹 影响电池性能

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58京牌 众所周知,锂离子电池在寒冷天气中表现不佳。这会对一些重要应用产生影响,如在威斯康星州的冬天启动一辆,以及在火星上操控无人机。,美国能源部SLAC国家加速器实验室(Department of Energy’s SLAC National Accelerator Laboratory)发现这一问题中存在被忽视的方面:在零摄氏度以下的环境中储存锂离子电池,电池中的某些部分会出现裂纹,并与周围材料分离,从而降低电存储容量。

(图片来源:SLAC)

SLAC研究人员Yijin Liu和Jizhou Li观察正极在寒冷天气下的性能,并发现了这一点。当电池运行时,电子会流入正极部分。初始研究发现,比起在较暖环境中储存的电池,在零摄氏度以下储存正极,会导致电池在充电100次后失去5%以上的容量。

为了解其中原因,研究人员将斯坦福同步加速器辐射光源的X射线分析方法和Li过去几年一直在研究的机器学习技术结合起来。通过这种组合,可以识别单个正极粒子。这意味着该团队可以同时研究数千个粒子,而用眼睛仅仅能识别少数粒子。

总体而言,通过这些方法,可以看到低温正在使正极内的肉丸状颗粒收缩,并在这一过程中使其破裂,或者加重现有裂纹。而且,由于材料在应对温度变化时的膨胀和收缩方式也不同,极端的寒冷也会使正极与周围的材料分离。

研究结果指出了一些可能的解决办法。通过寻找能够更好地适应温度的材料,科学家们可以解决材料分离问题。由于所有的电池都会热胀冷缩,这对其他电池也将有所帮助。通过在电池内设计不同的颗粒结构,尤其是用更光滑、更不像肉丸的粒子进行构建,将有助于防止材料破裂,并提升锂离子电池的长期容量。

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