科學家發(fā)明簡易技術(shù) 可實時跟蹤鋰離子在充放電中的移動過程

2021-06-29 09:37:15來源：cnBeta 關(guān)鍵詞：鋰離子鋰離子電池閱讀量：23028

導讀：充電時，速度取決于鋰離子能以多快的速度通過活性材料的顆粒。當放電時，速度取決于離子在邊緣插入的速度。如果我們能控制這兩種機制，將使鋰離子電池的充電速度大大加快。

　　研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種基于實驗室的簡單技術(shù)，使他們能夠觀察鋰離子電池內(nèi)部，并在電池充電和放電時實時跟蹤鋰離子的移動，這在以前是不可能的。利用這種低成本的技術(shù)，研究人員確定了限制充電速度的過程，如果得到解決，可以使大多數(shù)智能手機和筆記本電腦的電池在短短5分鐘內(nèi)完成充電。

　　根據(jù)刊登在《自然》雜志上的相關(guān)論文顯示，來自劍橋大學的研究人員說，他們的技術(shù)不僅有助于改進現(xiàn)有的電池材料，而且可以加速下一代電池的開發(fā)，這是過渡到無化石燃料世界中需要克服的較大技術(shù)障礙之一。

　　雖然鋰離子電池具有不可否認的優(yōu)勢，例如與其他電池和能源儲存手段相比，其能量密度相對較高，壽命較長，但它們也可能過熱甚至爆炸，而且生產(chǎn)成本相對較高。此外，它們的能量密度遠遠不能與汽油相比。到目前為止，這使得它們不適合在兩個主要的清潔技術(shù)中廣泛使用：電動汽車和電網(wǎng)規(guī)模的太陽能發(fā)電存儲。

　　為了改進鋰離子電池并幫助它們更快地充電，研究人員需要在現(xiàn)實條件下實時跟蹤和了解功能材料中發(fā)生的過程。目前，這需要復雜的同步輻射X射線或電子顯微鏡技術(shù)，這些技術(shù)既費時又昂貴。

　　劍橋大學團隊開發(fā)了一種稱為干涉散射顯微鏡的光學顯微鏡技術(shù)，以觀察這些過程。使用這種技術(shù)，他們能夠通過測量散射光的數(shù)量來觀察鋰鈷氧化物(通常稱為LCO)單個顆粒充電和放電情況。他們能夠看到LCO在充放電循環(huán)中經(jīng)歷了一系列的相變。隨著鋰離子的進出，LCO顆粒內(nèi)的相界發(fā)生了移動和變化。研究人員發(fā)現(xiàn)，移動邊界的機制是不同的，這取決于電池是在充電還是在放電。

　　充電時，速度取決于鋰離子能以多快的速度通過活性材料的顆粒。當放電時，速度取決于離子在邊緣插入的速度。如果我們能控制這兩種機制，將使鋰離子電池的充電速度大大加快。

　　(原標題：科學家發(fā)明簡易技術(shù) 可實時跟蹤鋰離子在充放電中的移動過程)

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