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牛津大學(xué)新研究可能為電動(dòng)汽車(chē)解鎖電池潛力

時(shí)間:2023-06-09 09:30來(lái)源:蓋世汽車(chē) 作者:劉麗婷
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       6月8日，牛津大學(xué)（University of Oxford）研究人員在期刊《Nature》發(fā)表了一項(xiàng)新研究，可顯著改進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)（EV）電池。通過(guò)使用先進(jìn)的成像技術(shù)，新研究揭示了導(dǎo)致鋰金屬固態(tài)電池（Li-SSB）失效的機(jī)制。如果能夠克服這些問(wèn)題，使用鋰金屬陽(yáng)極的固態(tài)電池就可以顯著改進(jìn)EV電池續(xù)航里程、安全性和性能，并有助于推動(dòng)電動(dòng)航空的發(fā)展。
圖片來(lái)源：牛津大學(xué)
 
       該研究的共同主要作者之一、牛津大學(xué)材料系博士生Dominic Melvin表示：“用鋰金屬陽(yáng)極開(kāi)發(fā)固態(tài)電池是電池技術(shù)進(jìn)步面臨的最重要挑戰(zhàn)之一。雖然今天的鋰離子電池將繼續(xù)改進(jìn)，但對(duì)固態(tài)電池的研究有可能實(shí)現(xiàn)高回報(bào)和改變游戲規(guī)則的技術(shù)。”
圖片來(lái)源：牛津大學(xué)
 
       與其他電池不同，Li-SSB使用固體電解質(zhì)代替了傳統(tǒng)電池中易燃的液體電解質(zhì)，并使用鋰金屬作為陽(yáng)極（負(fù)極）。固體電解質(zhì)的使用提高了安全性，而鋰金屬的使用意味著可以?xún)?chǔ)存更多的能量。然而，Li-SSB面臨的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)是，由于“枝晶”（鋰金屬細(xì)絲會(huì)穿透陶瓷電解質(zhì)）的生長(zhǎng)，電池在充電時(shí)容易發(fā)生短路。作為法拉第研究所SOLBAT項(xiàng)目的一部分，牛津大學(xué)材料、化學(xué)和工程科學(xué)系的研究人員領(lǐng)導(dǎo)了一系列深入調(diào)查，以更多地了解這種短路是如何發(fā)生的。
 
       在這項(xiàng)最新研究中，該小組在Diamond Light Source使用了稱(chēng)為X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描的先進(jìn)成像技術(shù)，以前所未有的細(xì)節(jié)可視化充電過(guò)程中的枝晶失效。新成像研究表明，枝晶裂紋的萌生和傳播是獨(dú)立的過(guò)程，由不同的潛在機(jī)制驅(qū)動(dòng)。當(dāng)鋰在次表層孔隙中積累時(shí)，枝晶裂紋就開(kāi)始了。當(dāng)孔隙變滿(mǎn)時(shí)，電池的進(jìn)一步充電會(huì)增加壓力，導(dǎo)致破裂。相比之下，傳播發(fā)生在鋰僅部分填充裂縫的情況下，通過(guò)楔形開(kāi)口機(jī)制驅(qū)動(dòng)裂縫從后面打開(kāi)。
圖片來(lái)源：牛津大學(xué)
 
       這種新的理解為克服Li-SSB的技術(shù)挑戰(zhàn)指明了方向。Dominic Melvin表示：“例如，雖然鋰陽(yáng)極的壓力可以很好地避免在放電時(shí)與固體電解質(zhì)的界面產(chǎn)生間隙，但研究結(jié)果表明，充電引起的壓力過(guò)大可能使枝晶生長(zhǎng)和造成短路。”
 
       法拉第研究所首席執(zhí)行官Pam Thomas教授表示：“SOLBAT研究人員繼續(xù)發(fā)展對(duì)固態(tài)電池失效的機(jī)理理解，這也是在汽車(chē)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)具有商業(yè)相關(guān)性能的高功率電池之前需要克服的一個(gè)障礙。”
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
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