氧气流失锂电池性能降低的元凶开关电源秘密揭露工作原理图告知真相
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们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背后的奥秘,并详细分析这些反应释放出的微量氧气对电池性能和安全性的累积影响。
尽管锂离子电池已经成为我们日常生活中不可或缺的动力来源,其应用范围还在不断扩大,但其性能和寿命方面仍然存在不足之处。为了克服这些局限性,许多改进研究都集中在寻找新型材料上,同时也考虑到现有材料供应链以及它们对环境的影响。
最近两项独立研究利用先进技术来探索氧气如何影响锂离子电池表现。在充放电过程中,人们认识到了少量氧气被释放,但这个小规模释放使得它难以被直接观测。而且,这些流失造成的大面积影响直到现在还未得到足够理解。斯坦福大学的一位参与其中一项研究的小组成员Peter Csernica解释道:“经过500次循环后,我们发现总共损失了6%的氧气,这是一个相当大的数字;然而,每次循环中的实际损失量仅为1%。”
这两个项目之一是由斯坦福大学领导的一个团队完成,他们通过切割开充放完毕后的负极,用X射线显微镜扫描并结合计算成像技术,对纳米结构进行了详细观察。此外,他们使用X射线穿透整个负极,以确保他们对于纳米级别观察结果可以推广至整体组件。这一团队发现,最初氧气以“爆发”的形式从表面逸出,然后以较慢、持续不断(滴流)的方式从阴极深处逸出。
他们进一步发现,在氧气逸出时,它改变了阴极结构,从而导致金属原子的重新排列,而这一变化随时间增加会降低电压效率。副教授William Chueh解释说:“金属原子的这种重排,加上缺乏氧化引起的化学变化,将会逐渐削弱电子传递能力,使得存储容量减少。”
另一项来自东北大学、日本学者共同完成的事业则揭示,在基于等比镍、钴、锰混合物构成阴极的情况下,过多发布出的氧促成了几个不良反应,最终破坏了整个系统结构;同时,由于高价镍元素产生更高水平的是逃脱,也进一步加剧了此类过程带来的全面恶化效果。
东北大学研员Takashi Nakamura表示:“我们的发现将为未来发展具有过渡金属相互作用、高能密度且稳定的下一个代际能源源提供基础。”
这两份报告强调了解决目前已知的问题所需解决的一个关键因素,即阻碍循环过程中限制性效应——即控制及避免每个周期内通风泄露及潜在破坏性效应,为未来的工作奠定基础。