12月7日，中国上海（美联社）-英国剑桥大学的研究人员最近发现，锂离子的不规则运动可能会阻碍下一代电池材料的性能和容量。他们希望通过实时监测一种潜在的新型电池材料中锂离子的流动，找到提高电动汽车电池充放电性能的新方法。此前，人们认为锂离子储存在电池材料中的机制对于每个活性颗粒是均匀的。然而，剑桥大学领导的一项研究发现，在充电和放电循环过程中，锂的储存是不均匀的。随着电池放电循环接近尾声，活性颗粒的表面锂变得饱和，而核心锂缺乏。这将导致容量降低和可重复使用的锂的损失。这项研究可能有助于现有电池材料的进步，并加速下一代电池的发明。这项研究结果最近发表在《焦耳》杂志上。
为了向零碳经济转型，电动汽车的发展至关重要。由于其巨大的能量密度，锂离子电池为目前道路上的大多数电动汽车提供动力。然而，随着电动汽车的使用越来越多，以及对更长续航里程和更快充电时间的需求，有必要改进现有的电池材料并发现新材料。这些材料中最有前途的是最先进的阴极材料，即层状富镍氧化锂，广泛用于先进的电动汽车。然而，它们的工作机制，特别是实际操作条件下的锂离子传输，以及这与电化学性能之间的关系还没有完全了解，因此我们还不能从这些材料中获得最大的性能。在最新的研究中，剑桥大学的研究人员通过在显微镜下跟踪电池运行过程中光和活性颗粒之间的相互作用，观察到富镍锰钴氧化物在充放电循环中的锂存储量存在显著差异。剑桥大学Yusuf Hamid化学系的第一作者之一Alice Merryweather说：“这是第一次直接观察到单个颗粒中锂储存的不均匀性。”。“像我们这样的实时技术对于捕捉电池循环过程中的这种情况至关重要。”将实验观察与计算机建模相结合，研究人员发现，这种不均匀性源于充放电循环过程中锂离子在NMC中的扩散速率的急剧变化。具体而言，锂离子在完全锂化的NMC颗粒中缓慢扩散，但一旦从这些颗粒中提取出一些锂离子，扩散将显著增强。更重要的是，在放电结束时观察到的锂的不均匀性决定了富镍阴极材料在第一次充放电循环后通常损失约10%容量的原因之一。研究人员表示，“这一点很重要，因为确定电池是否应该退役的行业标准是，电池已经失去了大约20%的容量。”通过这项最新研究，科学家将有可能寻求新的方法来提高这些有前途的电池材料的实际能量密度和寿命。
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