美国利用X射线断层摄影术观察固态锂电池内部

据外媒报道，美国佐治亚理工学院的一个研究小组利用X射线断层扫描技术，观察了固态锂电池在充放电过程中材料的内部演变。从这项研究中获得的详细三维信息有助于提高固态电池的可靠性和性能，固态电池使用固态材料代替现有锂离子电池中的易燃液体电解质。

固态电池在乔治亚理工学院设计的定制硬件中充电和放电。这种原位同步X射线计算机断层成像揭示了锂/固体电解质界面电极材料的动态变化如何决定固态电池的行为。研究人员发现，电池运行会导致界面上形成空隙，使其无法形成接触，这也是电池失效的主要原因。目前，锂离子电池广泛应用于移动电子设备、电动汽车等领域。这些电池依靠液体电解质在电池的充电和放电循环期间在电极之间来回传输离子。这种液体均匀地覆盖电极并允许离子自由移动。快速发展的固态电池技术使用固态电解质，可以提高未来电池的能量密度和安全性。然而，从电极中去除锂会在界面处产生空隙，这会影响电池的可靠性并限制其寿命。研究人员表示，“为了解决这个问题，可以想象，可以通过不同的沉积工艺创建结构化界面，以在电池充电和放电过程中保持接触。仔细控制和创建此类界面结构对未来固态电池的开发至关重要，我们的研究结果也有助于设计此类界面

在该论文的主要作者和研究生Jack Lewis的带领下，佐治亚理工学院的研究团队创建了一个宽度约为两厘米的特殊测试池，然后在芝加哥附近的美国能源部办公室阿贡国家实验室的同步设施-高级光子源进行了研究。该小组的四名成员在为期五天的强化实验中研究了电池结构的变化。研究人员表示，“该仪器从不同方向拍摄照片，然后可以使用计算机算法重建电池随时间的3D图像。我们对电池在充电和放电过程中的变化进行成像，以可视化电池运行过程中的内部变化。”由于锂的重量较轻，用X射线对其成像是非常具有挑战性的，并且需要专门设计的测试细胞。阿贡国家实验室使用的技术与医学计算机断层扫描非常相似，只是它不给人类成像，而是给电池成像。然而，由于测试的局限性，研究人员只能在单个充放电循环中观察到电池的结构变化。在未来的研究中，研究人员希望观察多个循环的变化，以及结构是否适应空隙的形成和填充。研究人员认为，研究结果可能适用于其他电解质设计配方，这种表征技术可以用于获得其他电池工艺的信息。电动汽车的电池必须在150000英里的估计寿命内承受至少1000次充电和放电循环，而由锂金属电极制成的固态电池可以在特定尺寸下提供更多的能量。然而，除非固态电池的使用寿命与现有电池相当，否则其优势仍无法超越现有电池技术。研究人员表示，“我们对固态电池的技术发展前景感到非常兴奋，它可以在该领域取得重大的商业和科学效益，从这项研究中获得的信息可以推动该技术实现更广泛的商业应用

标签：发现

汽车资讯热门资讯