随着纯电动汽车的普及和家庭清洁储能需求的增加，世界各地的研究人员都在寻找性能更好的可以替代锂离子材料的电池，其中钠离子电池脱颖而出。与锂相比，钠的储存量更丰富，成本更低。更重要的是，当在高电压(4.5伏)下循环时，钠离子电池可以大大增加在给定重量或体积下可以储存的能量。但随着充放电循环，其性能下降过快，无法商业化。
据国外媒体报道，美国能源部(DOE)阿贡国家实验室的研究人员发现了其性能下降的一个关键原因:在制备阴极材料的步骤中形成的原子结构中出现了缺陷。这些缺陷最终会导致正极的结构地震，从而导致电池循环过程中的性能下降。了解这个原因后，电池开发者将能够调整合成条件，制造出性能更好的钠离子阴极。
图片来源:阿贡国家实验室
这一发现的关键在于，该团队依赖于阿贡纳米材料中心(CNM)和先进光子源(APS)提供的世界级科学能力，这两家公司都属于美国能源部科学办公室的用户设施。
阿贡大学化学科学与工程系的助理化学家桂良·徐说:“有了这些设备，我们可以实时跟踪阴极材料在合成过程中原子结构的变化。”
在阴极合成的过程中，材料制造商将阴极混合物在空气中缓慢加热到非常高的温度，保持一定时间，然后迅速冷却到室温。
CNM纳米科学家·刘说:“是一名科学家。有了阿贡一流的科学设施，我们不用猜测，却可以直接看到合成过程。”为此，研究小组调用了CNM的透射电子显微镜和APS的同步加速器X射线光束(光束线11-ID-C和20-BM)。
研究数据表明，在材料合成过程中，温度迅速降低后，阴极颗粒表面变得不那么光滑，并显示出大面积的应变指示。数据还显示，在阴极循环过程中，这些区域发生推拉效应，导致阴极颗粒开裂，性能下降。
经过进一步研究，研究小组发现，当阴极在高温(130华氏度)或快速充电(1小时而不是10小时)下循环时，这种退化会加剧。
阿贡杰出的研究人员哈利勒·阿明(Khalil Amine)指出:“我们的发现对于改进的钠离子阴极的大规模制造极其重要。由于涉及的材料量很大，比如1000公斤，会发生很大的温度变化，除非采取适当的措施，否则会形成很多缺陷。”
团队成员的早期研究极大地改进了阳极。徐说:“目前，我们可以通过匹配改进的阳极和阴极来实现20%至40%的性能提升。同样重要的是，这种电池在高电压长期循环下会保持这种性能。”
这一发现将提高电动汽车的续航里程，降低电网储能成本。随着纯电动汽车的普及和家庭清洁储能需求的增加，世界各地的研究人员都在寻找性能更好的可以替代锂离子材料的电池，其中钠离子电池脱颖而出。与锂相比，钠的储存量更丰富，成本更低。更重要的是，当在高电压(4.5伏)下循环时，钠离子电池可以大大增加在给定重量或体积下可以储存的能量。但随着充放电循环，其性能下降过快，无法商业化。
据国外媒体报道，美国能源部(DOE)阿贡国家实验室的研究人员发现了其性能下降的一个关键原因:在制备阴极材料的步骤中形成的原子结构中出现了缺陷。这些缺陷最终会导致正极的结构地震，从而导致电池循环过程中的性能下降。了解这一原因后，电池开发者将能够调整合成条件来制造钠离子阴极……性能更好。
图片来源:阿贡国家实验室
这一发现的关键在于，该团队依赖于阿贡纳米材料中心(CNM)和先进光子源(APS)提供的世界级科学能力，这两家公司都属于美国能源部科学办公室的用户设施。
阿贡大学化学科学与工程系的助理化学家桂良·徐说:“有了这些设备，我们可以实时跟踪阴极材料在合成过程中原子结构的变化。”
在阴极合成的过程中，材料制造商将阴极混合物在空气中缓慢加热到非常高的温度，保持一定时间，然后迅速冷却到室温。
CNM纳米科学家·刘说:“是一名科学家。有了阿贡一流的科学设施，我们不用猜测，却可以直接看到合成过程。”为此，研究小组调用了CNM的透射电子显微镜和APS的同步加速器X射线光束(光束线11-ID-C和20-BM)。
研究数据表明，在材料合成过程中，温度迅速降低后，阴极颗粒表面变得不那么光滑，并显示出大面积的应变指示。数据还显示，在阴极循环过程中，这些区域发生推拉效应，导致阴极颗粒开裂，性能下降。
经过进一步研究，研究小组发现，当阴极在高温(130华氏度)或快速充电(1小时而不是10小时)下循环时，这种退化会加剧。
阿贡杰出的研究人员哈利勒·阿明(Khalil Amine)指出:“我们的发现对于改进的钠离子阴极的大规模制造极其重要。由于涉及的材料量很大，比如1000公斤，会发生很大的温度变化，除非采取适当的措施，否则会形成很多缺陷。”
团队成员的早期研究极大地改进了阳极。徐说:“目前，我们可以通过匹配改进的阳极和阴极来实现20%至40%的性能提升。同样重要的是，这种电池在高电压长期循环下会保持这种性能。”
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