氧气流失开关电源模块背后的锂电池性能隐患大揭秘
导语:当前,科学家们正在致力于提升电池技术的研究,其中重点关注新材料的开发,同时也考虑到与现有材料相关的供应链和环境问题。无论采用何种材料,只要能够提供一种新的视角来观察电池内部复杂工作机制,就能帮助我们更好地理解性能限制所在,以及如何解决这些问题。
导读:近期的一项重要研究揭示了氧气在锂离子电池性能下降中的关键作用。美国和日本的科学家合作进行了一系列实验,以深入探究锂离子存储过程中化学反应的细节,并详细描述了少量氧气释放对电池性能和安全性的累积影响。
尽管锂离子电池已成为我们日常生活不可或缺的一部分,其应用范围不断扩大至汽车和能源管理领域,但其性能与寿命仍面临挑战。为了克服这些局限,目前正在推进多种改进措施,包括新材料研发以及对传统材料供应链和环境影响的考量。
上个月,一些独立研究利用先进技术来分析氧气对锂离子电池性能影响。这一发现显示出当充放电时,微小量氧气会逸出,但这一流失过程往往被忽视且难以察觉。参与其中一项研究、斯坦福大学科学家的Peter Csernica解释说:“经过500次循环,每次循环中排出的总体氧气占比为6%。”虽然数字不小,但单个循环中的释放仅为1%。
在这项由斯坦福大学领导的小组中,他们使用X射线显微镜扫描并结合计算成像技术,对纳米级结构进行观察。此外,他们还通过X射线穿透整个阴极,以验证他们观测到的结果可用于整体组件。他们发现氧气最初以“爆发式”方式从表面释放,然后以较慢“滴落”形式从阴极内部逸出。
此外,该团队进一步发现,在氧气离开时周围金属原子的重新排列发生,这导致了电子化学变化,最终导致随时间增加而降低效率及电压。在另一个由日本东北大学主导的小组中,也证实了同样的现象,即高价镍存在使得更多氧气逸出,从而破坏了 电池结构,并减弱其保持平衡状态能力。
东北大学成员Takashi Nakamura表示:“我们的发现将促进未来基于过渡金属 氧化物构建具有高能量密度且耐用的下一代锂离子 batteries.” 这两项研究强调了解决阻碍功能性问题的重要性,并指出了需要关注的是限制周期内损失的问题,以及它如何造成长期损害,为未来的工作奠定基础。