研究人员利用X射线捕获EV电池的退化图像
时间:2022-04-08 08:58来源:盖世汽车 作者:Elisha
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据外媒报道，加拿大光源（Canadian Light Source）的研究人员Toby Bond利用X射线，帮助设计强劲的电动汽车电池，使其寿命更长。这项研究展示电池充放电循环如何造成物理损伤，最终导致储能能力下降。这项新工作指出，电池材料中形成的裂缝，与携带电荷的重要液体损耗之间存在联系。
（图片来源：Canadian Light Source）
研究人员利用萨斯喀彻温大学（University of Saskatchewan）加拿大光源的脑磁感应断层成像（BMIT）设施，对电池内部进行详细的CT扫描。这项研究专门探讨电动汽车的电池，旨在轻量设备中储存更多的能量。Bond表示：“一般来说，储存的能量越多，电池退化得越快。”
在锂离子电池中，这是因为随着充放电循环，锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌。电荷不断增多，导致材料膨胀；当锂离子离开时，材料会收缩。经过多次循环，材料中开始形成微裂纹，使其保持电荷的能力逐渐降低。“这会导致电池中的材料从内到外出现碎裂。如果损坏到一定程度，电池内部的某些部件会脱落。更严重的话，可能引发安全问题。”
长期以来，该领域致力于研究这一问题，以及如何通过涂层和其他处理方法，有效解决这一问题。传统上来说，人们会拆开电池，并在电子显微镜下观察单个颗粒，以研究电池中形成的裂缝。这样做会破坏电池，使研究人员无法保存较大的电池结构，也无法观察这些裂缝对电池中其他部分产生的影响。
在这项研究中，研究人员在CLS利用X射线成像，在特定环境中探讨这些裂缝所产生的影响，并观察其如何导致电池的其余部分发生变化。研究人员发现，随着所形成的微裂缝越来越严重，电池中的液体会被吸收至裂缝之间的额外空间，导致剩下的液体不足。Bond表示：“这是第一次有人在工作电池中捕捉到所有这些同时产生的影响。液体电解质损耗能引起严重的问题，因为电池中有任何部分无法获得足够的液体，就会停止工作。”
在研究过程中，研究人员探讨多年来不断充放电至不同水平的电池，以及从未使用过的其他条件相同的电池。通过BMIT明亮的聚焦光线采集3D X射线扫描图，能够清楚地看到使用过程对不同材料产生的影响，无论是从微观尺度，还是整个电池。
研究团队发现，少量耗尽电池，比一直给电池放电造成的损耗要小。这大约是因为在一定时间内，电荷变化越小，对电池电极材料造成的物理损害就越小。对于很多新应用来说，如长途运输、电动飞机，以及利用停放的电动汽车来储能和向电网输送能源等，了解这些影响非常重要。在这些情况下，通常在充电之前使用的电池全容量更多。
研究人员表示，随着电动汽车逐渐取代内燃机车辆，了解电池在不同条件下的表现，具有重要意义。
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