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研究發(fā)現(xiàn)提高電池壽命的關(guān)鍵：粒子間的相互作用

時(shí)間:2022-04-30 15:04來(lái)源:蓋世汽車 作者:劉麗婷
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       據(jù)外媒報(bào)道，弗吉尼亞理工學(xué)院（Virginia Tech College of Science）化學(xué)系副教授Feng Lin及其研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，早期的電池衰減似乎是由單個(gè)電極粒子的特性驅(qū)動(dòng)的，但經(jīng)過(guò)數(shù)十次充電循環(huán)后，這些粒子如何組合在一起更為重要。
 
       Lin表示：“這項(xiàng)研究揭示如何設(shè)計(jì)和制造電池電極以獲得較長(zhǎng)的電池循環(huán)壽命的秘密。”目前，Lin的實(shí)驗(yàn)室致力于重新設(shè)計(jì)電池電極，以制造具備快速充電能力、成本更低、壽命更長(zhǎng)且對(duì)環(huán)境友好的電極架構(gòu)。
圖片來(lái)源：Feng Lin
 
       Lin表示：“當(dāng)電極架構(gòu)允許每個(gè)單獨(dú)的粒子快速響應(yīng)電信號(hào)時(shí)，我們將擁有一個(gè)很好的工具箱來(lái)快速為電池充電。我們很高興能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)下一代低成本快速充電電池的理解。”
 
       此次研究與美國(guó)能源部的SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室、普渡大學(xué)（Purdue University）和歐洲同步輻射裝置（European Synchrotron Radiation Facility）合作進(jìn)行。Lin實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員Zhengrui Xu和Dong Ho也是該論文的合著者，領(lǐng)導(dǎo)電極制造、電池制造和電池性能測(cè)量，并協(xié)助進(jìn)行X射線實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析。
 
       斯坦福同步加速器輻射光源（SSRL）研究員、SLAC科學(xué)家Yijin Liu說(shuō)：“基本的構(gòu)建塊是構(gòu)成電池電極的這些粒子，但是當(dāng)放大時(shí)，這些粒子會(huì)相互作用。如果想制造更好的電池，就需要知道如何將粒子組合在一起。”
 
       作為研究的一部分，Lin、Liu和其他同事使用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)來(lái)研究構(gòu)成可充電電池電極的單個(gè)粒子是如何隨著時(shí)間的推移而分解的。這次的目標(biāo)不僅是研究單個(gè)粒子，還研究它們協(xié)同工作以延長(zhǎng)或降低電池壽命的方式。其最終目標(biāo)是學(xué)習(xí)新方法以延長(zhǎng)電池設(shè)計(jì)的使用壽命。
 
       作為研究的一部分，該團(tuán)隊(duì)用X射線研究了電池陰極。在經(jīng)歷不同的充電周期后，他們使用X射線斷層掃描重建了電池陰極的3D圖片。然后，他們將這些3D圖片切割成一系列2D切片，并使用計(jì)算機(jī)視覺(jué)方法來(lái)識(shí)別粒子。除了Lin和Liu，該研究還包括SSRL博士后研究員Jizhou Li、普渡大學(xué)機(jī)械工程教授Keije Zhao和普渡大學(xué)研究生Nikhil Sharma。
 
       研究人員最終確定了2,000多個(gè)單個(gè)粒子，不僅計(jì)算了單個(gè)粒子的特征，例如大小、形狀和表面粗糙度，還計(jì)算了諸如粒子彼此直接接觸的頻率以及粒子的形狀變化程度等特征。
 
       接下來(lái)，他們對(duì)每種特性是如何導(dǎo)致粒子分解進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在10次充電循環(huán)后，最大的因素是單個(gè)顆粒的特性，包括顆粒的球形程度以及顆粒體積與表面積的比率。然而，經(jīng)過(guò)50次循環(huán)后，配對(duì)和組屬性推動(dòng)了粒子分解——例如兩個(gè)粒子相距多遠(yuǎn)、形狀有多大變化、以及更細(xì)長(zhǎng)的足球形粒子是否具有相似的取向。
 
       Liu稱：“原因不再只是粒子本身，重要的是粒子與粒子的相互作用。這一發(fā)現(xiàn)很重要，因?yàn)檫@意味著制造商可以開(kāi)發(fā)控制這些特性的技術(shù)。例如，他們可能能夠使用磁場(chǎng)或電場(chǎng)將細(xì)長(zhǎng)的粒子彼此對(duì)齊，而最新研究結(jié)果表明這將延長(zhǎng)電池壽命。”
 
       Lin補(bǔ)充說(shuō)：“我們一直在大力研究如何讓電動(dòng)汽車電池在快速充電和低溫條件下高效工作。除了通過(guò)使用更便宜、更豐富的原材料來(lái)設(shè)計(jì)可以降低電池成本的新材料外，我們的實(shí)驗(yàn)室還一直致力于了解遠(yuǎn)離平衡的電池行為。我們已經(jīng)開(kāi)始研究電池材料及其對(duì)惡劣環(huán)境的反應(yīng)。”
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
文章標(biāo)簽： 電池
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