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指导开发更快、更耐用的下一代电池的技术
2022年08月21日    新闻来源:中国化工网 okmart.com    |  投稿

清洁高效的储能技术对于建立可再生能源基础设施至关重要。锂离子电池已经在个人电子设备中占据主导地位,是可靠的电网级存储和电动汽车的有希望的候选电池。然而,需要进一步开发以提高其充电率和使用寿命。

为了帮助开发这种充电速度更快、寿命更长的电池,科学家需要能够理解运行电池内部发生的过程,以确定电池性能的限制。目前,在活性电池材料工作时可视化需要复杂的同步加速器X射线或电子显微镜技术,这可能是困难和昂贵的,并且通常无法足够快地成像以捕获快速充电电极材料中发生的快速变化。因此,在单个活性粒子的长度尺度上以及在商业相关的快速充电速率下的离子动力学在很大程度上仍然没有被探索。

剑桥大学的研究人员通过开发一种低成本的实验室光学显微镜技术来研究锂离子电池,从而克服了这个问题。他们检测了Nb14W3O44的单个颗粒,这是迄今为止最快的充电阳极材料之一。可见光通过一个小玻璃窗进入电池,使研究人员能够在真实的非平衡条件下实时观察活性粒子内的动态过程。这揭示了在单个活性粒子中移动的类似锋面的锂浓度梯度,导致内部应变,导致一些粒子断裂。

颗粒断裂是电池的一个问题,因为它会导致碎片的电气断开,降低电池的存储容量。来自剑桥卡文迪什实验室的合著者克里斯托夫·施内德曼博士说:“这种自发事件对电池有着严重的影响,但在这之前永远无法实时观察到。”。

光学显微镜技术的高通量能力使研究人员能够分析大量颗粒,揭示了脱锂率较高和颗粒较长时,颗粒开裂更为常见。“这些发现提供了直接适用的设计原则,以减少此类材料中的颗粒断裂和容量衰减,”第一作者、剑桥卡文迪什实验室和化学系博士候选人艾丽斯·梅里韦瑟(Alice Merryweather)说。

展望未来,该方法的主要优势鈥攊包括快速数据采集、单粒子分辨率和高通量能力鈥攚我将进一步探索电池发生故障时会发生什么以及如何预防。该技术可用于研究几乎任何类型的电池材料,使其成为下一代电池开发中的一个重要组成部分。

这项研究发表在《自然材料》杂志上。

标签:化工应用技术中心精细化学品生物化学
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