电源模块揭秘氧气流失锂电池性能的隐形杀手
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,研究人员正在致力于改进技术,无论是通过新材料还是更加先进的观察工具。
上个月,一系列独立实验利用这种新工具来分析氧气对锂离子电池表现力的影响。在充放电过程中,通常会有一些微小量的氧气泄漏出但由于其数量极小,这一现象往往被忽略。此外,对氧气流失广泛影响缺乏深入理解。斯坦福大学参与其中一项研究项目的小组成员Peter Csernica指出:“在500次循环后,总共有6%的大约量的是由氧气造成。这是一个不容忽视的问题,但如果将每次循环中的排出的量计算出来,大约只有1%。”
这项由斯坦福大学领导的事务中,小组使用X射线显微镜扫描切割后的样品,并结合成像技术进行观察,他们还用X射线穿透整个阴极以验证纳米级别发现可用于整体部件。结果表明,最初从表面“爆发”释放,然后以较慢速度从阴极深处“滴流”释放氧气。
他们发现,即使是一点点氧气离开,也会改变阴极结构。当它离开时周围金属原子(镍、钴、锰)就会移动,这意味着所有原子的位置都发生了变化。副教授William Chueh解释道:“金属原子的这种重新排列,加之缺氧引起的化学变化随时间推移,将导致电子压缩减少以及效率降低。”这一现象大家早已认识到,但是直到现在才开始清晰了解其背后的原因。
另一项来自东北大学、日本团队则发现,在等比例混合镍、钴、锰构成的阴极中,由于过渡金属化合物产生多种不良反应破坏了电子结构,而高价镍存在增加了更多大量排放并且该过程导致保持平衡状态能力进一步下降。
东北大学的小组成员Takashi Nakamura表示:“我们的发现对于开发高能密度且坚固性质下一代动力源具有重要意义。”这两项研究强调了氧在电子损耗中的角色,并证实它可能比之前认为更为关键,为未来的发展提供基础,并提醒人们应关注限制循环期间通风损失及其对电子系统破坏性的影响,以此作为未来的工作方向之一考虑。