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一个简易技术,了解锂离子在充放电过程中如何移动

2021-06-29 综合报道 阅读:
日前,剑桥大学的研究人员在《自然》杂志上发表了一种能够观察锂离子电池内部,并在电池充电和放电时实时跟踪锂离子的移动的简单技术。

日前,剑桥大学的研究人员在《自然》杂志上发表了一种能够观察锂离子电池内部,并在电池充电和放电时实时跟踪锂离子的移动的简单技术。H4iednc

利用这种低成本的技术,研究人员确定了限制充电速度的过程,如果得到解决,可以使大多数智能手机和笔记本电脑的电池在短短5分钟内完成充电。H4iednc

来自剑桥大学的研究人员说,他们的技术不仅有助于改进现有的电池材料,而且可以加速下一代电池的开发,这是过渡到无化石燃料世界中需要克服的最大技术障碍之一。H4iednc

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虽然锂离子电池具有不可否认的优势,例如与其他电池和能源储存手段相比,其能量密度相对较高,寿命较长,但它们也可能过热甚至爆炸,而且生产成本相对较高。此外,它们的能量密度远远不能与汽油相比。到目前为止,这使得它们不适合在两个主要的清洁技术中广泛使用:电动汽车和电网规模的太阳能发电存储。H4iednc

为了改进锂离子电池并帮助它们更快地充电,研究人员需要在现实条件下实时跟踪和了解功能材料中发生的过程。目前,这需要复杂的同步辐射X射线或电子显微镜技术,这些技术既费时又昂贵。H4iednc

剑桥大学团队开发了一种称为干涉散射显微镜的光学显微镜技术,以观察这些过程。使用这种技术,他们能够通过测量散射光的数量来观察锂钴氧化物(通常称为LCO)单个颗粒充电和放电情况。他们能够看到LCO在充放电循环中经历了一系列的相变。随着锂离子的进出,LCO颗粒内的相界发生了移动和变化。研究人员发现,移动边界的机制是不同的,这取决于电池是在充电还是在放电。H4iednc

充电时,速度取决于锂离子能以多快的速度通过活性材料的颗粒。当放电时,速度取决于离子在边缘插入的速度。如果我们能控制这两种机制,将使锂离子电池的充电速度大大加快。H4iednc

责编:DemiH4iednc

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