可充電鋰離子電池不會(huì)永遠(yuǎn)滿格,經(jīng)過足夠多的充電和再充電循環(huán)后,它們最終會(huì)報(bào)廢?,F(xiàn)在,美國(guó)研究人員發(fā)現(xiàn),電池衰減背后的因素實(shí)際上會(huì)隨時(shí)間而變化。早期,衰變似乎是由單個(gè)電極粒子的特性驅(qū)動(dòng)的,但經(jīng)過數(shù)十次充電循環(huán)后,這些粒子如何組合在一起更為重要。
這項(xiàng)近日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的新研究,由美國(guó)能源部SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室研究人員以及普渡大學(xué)、弗吉尼亞理工大學(xué)和歐洲同步加速器輻射設(shè)施的同事共同實(shí)施。研究人員使用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù),研究構(gòu)成電池電極的單個(gè)粒子如何隨著時(shí)間的推移而分解。
研究人員表示,電池粒子就像人一樣,“我們開始都走自己的路,但途中我們會(huì)遇到其他人,最終我們會(huì)成群結(jié)隊(duì),朝著同一個(gè)方向前進(jìn)。要了解峰值效率,我們不但需要研究粒子的個(gè)體行為,還需要研究這些粒子在群體中的行為方式”。
研究人員用X射線研究了電池陰極。在經(jīng)歷了10或50個(gè)充電周期后,他們使用X射線斷層掃描重建了陰極的3D圖像。他們將這些3D圖片切割成一系列2D切片,并使用計(jì)算機(jī)視覺方法來識(shí)別粒子。
最后,他們確定了2000多個(gè)單獨(dú)的粒子,為此他們不僅計(jì)算了單個(gè)粒子的特征,例如大小、形狀和表面粗糙度,還計(jì)算了更多的全局特征,例如粒子彼此直接接觸的頻率以及粒子形狀的變化程度。
研究人員接著發(fā)現(xiàn)了一個(gè)引人注目的模式:在10次充電循環(huán)后,最大的因素是單個(gè)粒子的特性,包括粒子的球形程度以及粒子體積與表面積的比率。然而,在50個(gè)循環(huán)之后,配對(duì)和組屬性推動(dòng)了粒子分解。
研究人員表示,這不再只是粒子本身,重要的是粒子—粒子相互作用,因?yàn)檫@意味著制造商將可開發(fā)控制這些特性的技術(shù)。如使用磁場(chǎng)或電場(chǎng)將細(xì)長(zhǎng)的粒子彼此對(duì)齊,新結(jié)果表明這將延長(zhǎng)電池壽命。
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