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研究人員探討厚電極構(gòu)成對(duì)電化學(xué)反應(yīng)的影響以設(shè)計(jì)更好的固態(tài)電池

來源：蓋世汽車網(wǎng) 時(shí)間：2023-05-26 21:28:05

(相關(guān)資料圖)

為了提高電動(dòng)汽車的功率、效率和安全性，研究人員需要開發(fā)更好的電池。

（圖片來源：阿貢實(shí)驗(yàn)室）

全固態(tài)鋰電池（SSB）采用固態(tài)電解質(zhì)，具有不易燃性，在較高的溫度下更加穩(wěn)定，比使用電解液的傳統(tǒng)鋰離子電池更加安全。另外，SSB具有更高的能量密度，體積更小、更耐用，可用于便攜式電子產(chǎn)品和其他應(yīng)用。

據(jù)外媒報(bào)道，最近，波士頓東北大學(xué)（Northeastern University）和美國能源部阿貢國家實(shí)驗(yàn)室（Argonne National Laboratory）的研究團(tuán)隊(duì)對(duì)厚電極構(gòu)成如何影響SSB中的電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行了測試。該團(tuán)隊(duì)采用高級(jí)光子源（APS）的資源，這是美國能源部位于阿貢的科學(xué)辦公室用戶設(shè)施。

研究人員將電池比作三明治，其中包括分別位于兩側(cè)的正、負(fù)極，以及中間的隔膜和電解液。當(dāng)電池提供電力時(shí)，鋰離子通過電解液從負(fù)極流向正極。SSB不需使用傳統(tǒng)隔膜，而是通過固態(tài)電解質(zhì)隔開正負(fù)極，因此需要較厚的正極。

在這項(xiàng)研究中，該團(tuán)隊(duì)評(píng)估由兩種材料構(gòu)成的厚正極，包括一種名為LPSC的硫化物固體電解質(zhì)，以及NMC（鎳、錳、鈷）正極活性材料（CAM）。研究人員改變這兩種材料構(gòu)成，一些電池中包括80% CAM和20% LPSC，其他一些電池中包括70% CAM和30% LPSC，或者40% CAM和60% LPSC。然后，他們?cè)贏PS光束線6-BM-A上使用X射線成像和散射來測量正極和固態(tài)電解質(zhì)中的六個(gè)切片。

研究負(fù)責(zé)人Joshua Gallaway表示：“研究人員將正極分成片，希望所有的薄片都能發(fā)揮同樣的作用。”實(shí)際上，改變正極的構(gòu)成或厚度，可以改變電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的位置。

研究人員對(duì)電池中的電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行了表征。APS物理學(xué)家Okasinski表示：“人們研究電池時(shí)，經(jīng)常測量兩端的功率。但是，中間有一堆復(fù)雜的結(jié)構(gòu)決定了電池的性能。使用X線束穿透電池材料，研究人員可以非破壞性研究電池中各個(gè)部分的性能。”

結(jié)果顯示，正極構(gòu)成對(duì)電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生過程具有重大影響。例如，在具有80% CAM正極的SSB中，最靠近負(fù)極的正極片首先發(fā)生反應(yīng)，最遠(yuǎn)的薄片反應(yīng)最慢。然而，在具有80% CAM正極的SSB中，最遠(yuǎn)的薄片首先發(fā)生反應(yīng)，最近的薄片最后反應(yīng)。Gallaway表示：“反應(yīng)高度不均勻”，可能導(dǎo)致電池材料更快地降解。

研究人員表示，為了設(shè)計(jì)更好的電池，探討電池內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)是重要一步。這些電池可用于電動(dòng)汽車、便攜式電子產(chǎn)品和其他應(yīng)用，“全固態(tài)電池的具體設(shè)計(jì)將決定其應(yīng)用領(lǐng)域，以及未來的優(yōu)化方向?！?/p>

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