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  • X射线成像,揭示了固态电池的断裂!你对固态电池抱什么态度?

    固态电池是一种全新的电池设计,它使用了所有的固态元件,近年来受到了人们的关注,因为固态电池在储存更多能量的同时,还能避免液态电池所面临的安全挑战。但制造一种持久耐用的固态电池,说起来容易但做起来难。现在,佐治亚理工学院研究人员已经使用x射线计算机断层扫描(CT)来实时观察电池中材料之间的界面边缘是如何形成裂缝。这些发现可以帮助研究人员找到改进储能设备的方法。

    X射线成像,揭示了固态电池的断裂!你对固态电池抱什么态度?

    乔治w伍德拉夫机械工程学院和材料科学与工程学院的助理教授马修麦克道尔(Matthew McDowell)说:固态电池可能比锂离子电池更安全,而且可能储存更多的能量,这对电动汽车乃至电动飞机都是理想的。

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    从技术上讲,这是一个快速发展的领域,有很多公司对此感兴趣。在典型的锂离子电池中,锂离子通过液体电解质在两个电极(阴极和阳极)之间转移时释放能量。这项研究由美国国家科学基金会(National Science Foundation)赞助。

    X射线成像,揭示了固态电池的断裂!你对固态电池抱什么态度?

    其研究成果发表在《美国化学学会能源通讯》(ACS Energy Letters)上。在这项研究中,研究团队制造了一种固态电池,其中一个固态陶瓷圆盘夹在两片固态锂之间,陶瓷盘取代了传统的液体电解质。弄清楚如何把这些坚固的部件组装在一起,并在很长一段时间内保持良好的性能,是一项挑战。正在研究如何设计这些固体部件之间的接口,让它们尽可能长时间地使用。在与乔治亚理工大学乔治w伍德拉夫机械工程学院助理教授、x射线成像专家Christopher Saldana的合作下:

    X射线成像,揭示了固态电池的断裂!你对固态电池抱什么态度?

    研究人员将电池置于x射线显微镜下,对其进行充电和放电,寻找表明电池退化的物理变化,在几天的过程中,圆盘上慢慢地形成了网状裂纹。这些裂纹就是问题所在,并伴随着金属锂和固体电解质之间相间层的生长而出现。研究人员发现,这种断裂在循环过程中会导致对离子流动的阻力。这些都是在界面上发生的不需要的化学反应,人们通常认为这些化学反应是导致退化的原因。但是通过这个成像学到的是,在这种特殊的材料中,并不是化学反应本身不好。

    X射线成像,揭示了固态电池的断裂!你对固态电池抱什么态度?

    坏的是细胞断裂,破坏了细胞的性能。解决压裂问题可能是开启固态电池潜能的第一步,包括其高能量密度。研究人员指出,观察到的电池老化可能会影响其他类型的固态电池,因此,研究结果可能会导致设计出更耐用的接口。在普通的锂离子电池中,使用的材料决定了可以储存多少能量,纯锂的容量最大,但它与液态电解质的配合并不好。但如果能将固态锂与固态电解质结合使用,那将是能量密度研究的圣杯。

    X射线成像,揭示了固态电池的断裂!你对固态电池抱什么态度?

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