Uneveness在锂电池限制他们的表现

如果你能收缩的神奇旅程在锂电池电极,你会看到主管的水平在每一尺度是高度不均匀。

这不是对电池的的健康有益。赖斯大学的研究人员认识到问题与美国能源部查看详细的各种粒子电极与锂在使用过程中。

具体来说,水稻材料科学家的实验室明唐分析了纳米和微尺度相互作用在磷酸亚铁锂阴极通过建模和成像提供的透射x射线显微镜功能布鲁克海文国家实验室和阿贡国家实验室。

他们的论文在《美国化学学会》杂志上ACS能源字母支持理论形成于唐和他的同事们几年前预见锂旅行如何在动态环境中在一个典型的商业阴极。

能够观察密封阴极充放电布鲁克海文提供确凿证据。

“电池有很多粒子聚集吸收和放弃锂的表面,我们想知道发生了什么,如何统一的反应是,“说唐、材料科学和纳米工程的副教授。“一般来说,我们总是需要一个更加统一的反应让我们更快的充电电池。”

在布鲁克海文国家实验室的强大的x射线图像同步加速器研究人员看到,一些地区在阴极是比别人更好地吸收。能够查看单个或聚合反应粒子在三维显示,而不是整个表面,锂青睐特定地区超过别人。

“这是非常不同的传统智慧,”唐说。“最有趣的观察是,这些反应区域形状像一维丝躺在这些聚合粒子的表面。这有点奇怪,但它与我们看到在我们的模型”。

唐家璇说,锂丝看上去像厚的纳米管,几百纳米宽,几微米长。

他说压力之间偏差的微晶颗粒团聚体可以防止锂被均匀插入或提取的总表面因为这将产生太大的能量损失。相反,被迫流入或流出锂聚合物的开发灯丝的“热点”的形状。

这对电池性能意味着什么呢?

“这是一件坏事,”唐说。“因为锂不能进入阴极均匀,它减缓了夹层力学。

“我们的研究提供了一些潜在的方法使锂插入或提取更加统一这些聚合或单个粒子,”他说。“引入一些孔隙度的粒子团聚体可能会牺牲一些能量密度,但同时会使锂更均匀。可以让你得到更多的能量在给定充电/放电率。

”另一个想法是,如果我们能使这些小颗粒最大扩张的方向垂直于对方,他们会更好地适应锂夹层,”他说。

这将是一个挑战对于电池制造商,他承认。

“我们没有足够的经验在合成知道如何做到这一点,”唐说。“我们提供的是诱饵。让我们看看如果有人咬。”

参考:王,杨K,尹浩然,通用电气。附聚物磷酸铁锂反应的异质性和intercalation-induced压力的作用。ACS能源列托人。2022:1648 - 1656。doi:10.1021 / acsenergylett.2c00226

本文从以下转载材料。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。