研究人員發(fā)現(xiàn)了使快速充電復(fù)雜化的新問題。
俗話說，欲速則不達。由于一項旨在確定導(dǎo)致電動汽車中快速充電鋰離子電池性能下降的原因的新研究，這樣的格言可能尤其適用于電池。
在美國能源部 (DOE) 阿貢國家實驗室的新研究中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了電池充電和放電時電池兩個端子之一的有趣化學(xué)行為。
鋰離子電池包含一個帶正電的陰極和一個帶負電的陽極，它們被一種稱為電解質(zhì)的材料隔開，電解質(zhì)在它們之間移動鋰離子。這些電池中的陽極通常由石墨制成——與許多鉛筆中的材料相同。然而，在鋰離子電池中，石墨是由小顆粒組裝而成的。在這些粒子內(nèi)部，鋰離子可以在稱為嵌入的過程中自行嵌入。當插層發(fā)生正確時，電池可以成功充電和放電。
然而，當電池充電過快時，嵌入就變成了一件棘手的事情。鋰離子不會順利進入石墨，而是傾向于聚集在陽極表面的頂部，從而產(chǎn)生 â <“電鍍”效應(yīng)，可能會對電池造成端子損壞(不是雙關(guān)語)。
“電鍍是快速充電期間電池性能受損的主要原因之一，”該研究的作者、阿貢電池科學(xué)家丹尼爾亞伯拉罕說。â <“當我們快速為電池充電時，我們發(fā)現(xiàn)除了陽極表面的鍍層外，電極孔內(nèi)還積聚了反應(yīng)產(chǎn)物。”因此，陽極本身會發(fā)生一定程度的不可逆膨脹，從而損害電池性能。
使用一種稱為掃描電子納米衍射的技術(shù)，來自伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的亞伯拉罕和他的同事們觀察到石墨顆粒的另一個顯著變化。在原子水平上，顆粒邊緣的石墨原子晶格由于反復(fù)快速充電而扭曲，阻礙了嵌入過程。â <“基本上，我們看到的是石墨中的原子網(wǎng)絡(luò)扭曲，這阻止了鋰離子在顆粒內(nèi)部找到它們的“家”——相反，它們鍍在顆粒上，”他說。
“我們給電池充電的速度越快，陽極的原子序就越混亂，這最終會阻止鋰離子來回移動，”亞伯拉罕說。â <“關(guān)鍵是找到方法來防止這種組織損失或以某種方式修改石墨顆粒，以便鋰離子可以更有效地嵌入。”
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