研究人員發(fā)現(xiàn)了使快速充電復(fù)雜化的新問(wèn)題。
俗話說(shuō)，欲速則不達(dá)。由于一項(xiàng)旨在確定導(dǎo)致電動(dòng)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(guó)能源部 (DOE) 阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的新研究中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了電池充電和放電時(shí)電池兩個(gè)端子之一的有趣化學(xué)行為。
鋰離子電池包含一個(gè)帶正電的陰極和一個(gè)帶負(fù)電的陽(yáng)極，它們被一種稱為電解質(zhì)的材料隔開(kāi)，電解質(zhì)在它們之間移動(dòng)鋰離子。這些電池中的陽(yáng)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(guò)程中自行嵌入。當(dāng)插層發(fā)生正確時(shí)，電池可以成功充電和放電。
然而，當(dāng)電池充電過(guò)快時(shí)，嵌入就變成了一件棘手的事情。鋰離子不會(huì)順利進(jìn)入石墨，而是傾向于聚集在陽(yáng)極表面的頂部，從而產(chǎn)生 â <“電鍍”效應(yīng)，可能會(huì)對(duì)電池造成端子損壞(不是雙關(guān)語(yǔ))。
“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(shuō)。â <“當(dāng)我們快速為電池充電時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)除了陽(yáng)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(yáng)極本身會(huì)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(lái)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(gè)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(guò)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?cè)陬w粒上，”他說(shuō)。
“我們給電池充電的速度越快，陽(yáng)極的原子序就越混亂，這最終會(huì)阻止鋰離子來(lái)回移動(dòng)，”亞伯拉罕說(shuō)。â <“關(guān)鍵是找到方法來(lái)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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