X射线揭示导致锂电池材料失效的隐藏特性

时间:2018-09-21 10:25来源:材料科技在线 作者:综合报道
点击:

        在过去的三十年中,通过对以锂离子的往复运动而进行循环充放电的锂离子电池的升级研究,从而使得更小的设备能够更快地运行并显著的延长了使用寿命。
 
        现如今,来自美国能源部SLAC国家加速器实验室和劳伦斯伯克利国家实验室的X射线实验表明,锂离子运行的理论要比想象复杂得多。通过纠正对材料的固有假设,将有助于我们改善电池设计,进而产生新一代锂离子电池。
 
        由SLAC斯坦福材料与能源科学研究所的William Chueh教授领导的一个国际研究团队今天在Nature Materials上发表了他们的研究结果。
 
        麻省理工学院教授,该研究的另一位负责人Martin Bazant说:“以前,对于他们的研究有点像盲人摸象,你可以看到材料效果很好,某些添加剂似乎也有所帮助,但你无法确切知道锂离子在这个过程的位置。你只能尝试开发一种理论并从测量中反向应用。凭借新的仪器和测量技术,我们开始对这些事物的实际运作方式进行更严格的科学理解。”
 
        ‘爆米花效应'
 
        任何乘坐电动公交车或者使用其他电动工具的人都可以从他们的这项研究中获得好处。它可用于带内燃机的汽车的启停装置,以及电网中风能和太阳能的存储应用。更好地了解这种材料和其他类似材料可以带来更快速充电、更持久和更耐用的电池。
 
        当锂离子电池进行充放电时,锂离子从液体溶液中流入固体储存器。但是一旦进入固体,锂就会重新排列,有时会使材料分裂成两个不同的阶段,就像混合在一起时油和水分离一样。这就会导致Chueh教授所说的“爆米花效应”。离子聚集成热点,最终会缩短电池寿命。
 
        在这项研究中,研究人员使用两种X射线技术来探索锂离子电池的内部工作原理。在SLAC的斯坦福同步辐射光源(SSRL)上,他们从磷酸铁锂样品中反射X射线,以显示其原子和电子结构,让他们了解锂离子在材料中的移动方式。在伯克利实验室的高级光源(ALS)中,他们使用X射线显微镜来放大过程,使他们能够绘制锂离子浓度随时间变化的情况。
 
        向上游进发
 
        之前,研究人员认为磷酸铁锂是一维导体,这意味着锂离子只能通过大部分材料向一个方向传播,就像鲑鱼游向上游一样。
 
        但是在筛选他们的数据时,研究人员注意到锂离子在材料表面上的移动方向完全不同于以前的模型。就好像有人向溪流表面上扔了一片叶子,发现水流动的方向与鲑鱼游泳的方向完全不同。
 
        他们与英国巴斯大学化学教授Saiful Islam合作开发计算机模型进行系统模拟。这些研究揭示了锂离子在材料表面上沿另外两个方向移动,使得磷酸铁锂成为三维导体。
 
        “事实证明,这些额外的途径对材料来说是有问题的,这将会促使爆米花般的行为失败,如果锂离子可以在材料表面上移动得更慢,那么它将使电池更均匀。这是开发更高性能和更持久电池的关键。”Chueh教授说道。
 
        电池工程的新领域
 
        尽管过去二十年来对磷酸铁锂的研究一直存在,但直到几年前我们才能在纳米级和电池运行期间研究它。
 
        “这解释了这种材料的重要特性是如何被长期忽视的,随着新技术的出现,人们总会发现一些新的有趣的材料,这些材料会让你对它们的看法有所不同。”李益阳(音)说到,他曾在斯坦福大学和SLAC做研究生和博士后实验工作。
 
        李益阳(音)说到:“我们已经发现并开发了一些最好的散装材料,同时,我们也看到锂离子电池技术仍在以非常显着的速度发展:它们变得越来越好。我们正在建立一个重要的知识基础,可以把这项基础知识认知添加到电池工程师的工具包中,这样更有利于他们开发更好的材料。“
 
        跨越不同的尺度
 
        为了跟进这项研究,研究人员将继续将建模、模拟和实验结合起来,尝试通过SLAC的Linac相干光源或LCLS等设施,了解更多不同长度和时间尺度的电池性能的基本问题。他们使用的LCLS,能够探测在时间尺度上发生的单个离子跃变,其速度可达一万亿分之一秒。
 
        Chueh教授说:“开发锂离子电池技术的障碍之一是涉及的长度和时间范围都很大。关键过程可能会在瞬间也可能在多年内发生。研究的路径是需要将这些过程映射到原子运动的长度。在SLAC,我们正在研究所有的电池材料,我们确信通过将建模和实验结合起来,最终能帮助我们理解更多的电池运行方面的基础知识。”
 
(责任编辑:admin)
免责声明:本文仅代表作者个人观点,与中国电池联盟无关。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本网证实,对本文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺,请读者仅作参考,并请自行核实相关内容。
凡本网注明 “来源:XXX(非中国电池联盟)”的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。
如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在一周内进行,以便我们及时处理。
QQ:503204601
邮箱:cbcu@cbcu.com.cn
猜你喜欢
  • 锂电池材料构成主要有哪些?锂电池四大主要材料简单介绍

    锂电池 是一类由锂金属或锂合金为正/负极 材料 、使用非水电解质溶液的 电池 。由于锂金属的化学特性非常活泼,使得锂金属的加工、保存、使用,对环境要求非常高。随着科学技术的发展, 锂电 池已经成为了主流。 一、锂电池材料构成主要有哪些 碳负极材料:
    2023-01-20 08:22
  • 2021年9月新能源锂电池材料产量解析

    碳酸锂: 2021年9月中国主要的碳酸锂生产企业合计产量为2.231万吨,环比减少2.41%。 本月主流企业维持稳定生产,江苏产线产量稍有影响,盐湖产量环比有所下滑,增加一家企业样本。 2021年10月中国碳酸锂预估产量2.3万吨,环比增加3.09%。预计江苏10月份生产
    2021-10-15 15:06
  • 凛冬已至,回首2018,钴锂难吗?

    每到年底,都有一些年末爆款的文章横空出世,助兴大家年末的焦虑。果然,这两天一篇刷屏爆款《2018,为何如此艰难》出来了,用一贯的套路,罗列了几个行业的各种不容易,激起共鸣。
    2018-12-17 11:13
  • 担忧掣肘新能源发展,谈“钴”无须色变

    看到近期的一则信息 “刚果暂停‘钴’出口,动力电池价格或大涨….”,尽管是预测性判断,但颇有谈“钴”色变的味道。
    2018-11-19 14:50
  • 融捷股份旗下“亚洲最大锂矿”矿脉有望复产

    因坐拥“亚洲最大锂辉石矿山”——康定甲基卡锂辉石矿山其中某矿脉,融捷股份又被冠以“亚洲锂王”的称号。然而因相关纠纷影响,甲基卡锂矿此前一直处于停产状态。11月6日午间,据融捷股份公告,目前已与相关方面达成初步共识,在签署正式文件后,甲
    2018-11-08 15:29
  • 锂电池材料产量三季度数据发布 电池隔膜增产60% 正极材料增产40%

    相较于上半年,三季度的锂电池原材料生产情况有所好转,但同比去年来说增速不明显,全年生产情况较为平滑,淡旺季概念弱化。
    2018-10-29 16:29
  • 科学家开发新型燃料电池催化剂 性能和耐久远超美国能源部2020年目标

      阻碍环保氢燃料电池广泛应用于汽车、卡车和其他车辆的一个因素是铂催化剂的成本。
    2018-10-19 13:52
  • 美对华2000亿关税来袭,锂盐行业是否受影响?

    近日,美国宣布自9月24日起对2000亿美元中国输美产品加征10%的关税,进而还要采取其他关税升级措施。对此商务部新闻发言人在讲话中称:“为了维护自身正当权益和全球自由贸易秩序,中方将不得不同步进行反制。”
    2018-09-20 10:55
  • 钴价出现止跌回升信号

      钴价自4月冲高回落后不断下调,截至7月16日,国内电解钴报价为53.5万至54.5万元/吨,较4月高位时65.5万至67.5万元/吨的均价跌去10多万元/吨。但最近市场消息显示,钴产品市场报价出现异动。
    2018-07-18 09:59
  • 三元锂电池材料配方迎革新

      近日,日本电池供应商松下宣布,将研发无钴车用级电池。随着电动汽车市场持续火爆,其核心部件动力电池也是“水涨船高”,目前的主流电池——三元锂电池需求量持续增长。
    2018-07-04 11:29
专题
相关新闻
  • 锂电池材料构成主要有哪些?锂电池四大主要材料简单介绍

    锂电池 是一类由锂金属或锂合金为正/负极 材料 、使用非水电解质溶液的 电池 。由于锂金属的化学特性非常活泼,使得锂金属的加工、保存、使用,对环境要求非常高。随着科学技术的发展, 锂电 池已经成为了主流。 一、锂电池材料构成主要有哪些 碳负极材料:
    2023-01-20 08:22
  • 2021年9月新能源锂电池材料产量解析

    碳酸锂: 2021年9月中国主要的碳酸锂生产企业合计产量为2.231万吨,环比减少2.41%。 本月主流企业维持稳定生产,江苏产线产量稍有影响,盐湖产量环比有所下滑,增加一家企业样本。 2021年10月中国碳酸锂预估产量2.3万吨,环比增加3.09%。预计江苏10月份生产
    2021-10-15 15:06
  • 凛冬已至,回首2018,钴锂难吗?

    每到年底,都有一些年末爆款的文章横空出世,助兴大家年末的焦虑。果然,这两天一篇刷屏爆款《2018,为何如此艰难》出来了,用一贯的套路,罗列了几个行业的各种不容易,激起共鸣。
    2018-12-17 11:13
  • 担忧掣肘新能源发展,谈“钴”无须色变

    看到近期的一则信息 “刚果暂停‘钴’出口,动力电池价格或大涨….”,尽管是预测性判断,但颇有谈“钴”色变的味道。
    2018-11-19 14:50
  • 融捷股份旗下“亚洲最大锂矿”矿脉有望复产

    因坐拥“亚洲最大锂辉石矿山”——康定甲基卡锂辉石矿山其中某矿脉,融捷股份又被冠以“亚洲锂王”的称号。然而因相关纠纷影响,甲基卡锂矿此前一直处于停产状态。11月6日午间,据融捷股份公告,目前已与相关方面达成初步共识,在签署正式文件后,甲
    2018-11-08 15:29
  • 锂电池材料产量三季度数据发布 电池隔膜增产60% 正极材料增产40%

    相较于上半年,三季度的锂电池原材料生产情况有所好转,但同比去年来说增速不明显,全年生产情况较为平滑,淡旺季概念弱化。
    2018-10-29 16:29
  • 科学家开发新型燃料电池催化剂 性能和耐久远超美国能源部2020年目标

      阻碍环保氢燃料电池广泛应用于汽车、卡车和其他车辆的一个因素是铂催化剂的成本。
    2018-10-19 13:52
  • 美对华2000亿关税来袭,锂盐行业是否受影响?

    近日,美国宣布自9月24日起对2000亿美元中国输美产品加征10%的关税,进而还要采取其他关税升级措施。对此商务部新闻发言人在讲话中称:“为了维护自身正当权益和全球自由贸易秩序,中方将不得不同步进行反制。”
    2018-09-20 10:55
本月热点
欢迎投稿
联系人:王女士
Email:cbcu#cbcu.com.cn
发送邮件时用@替换#
电话:010-56284224
在线投稿
微信公众号