牛津大學新研究可能為電動汽車解鎖電池潛力
時間:2023-06-09 09:30來源:蓋世汽車 作者:劉麗婷
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6月8日，牛津大學（University of Oxford）研究人員在期刊《Nature》發表了一項新研究，可顯著改進電動汽車（EV）電池。通過使用先進的成像技術，新研究揭示了導致鋰金屬固態電池（Li-SSB）失效的機制。如果能夠克服這些問題，使用鋰金屬陽極的固態電池就可以顯著改進EV電池續航里程、安全性和性能，并有助于推動電動航空的發展。
圖片來源：牛津大學
該研究的共同主要作者之一、牛津大學材料系博士生Dominic Melvin表示：“用鋰金屬陽極開發固態電池是電池技術進步面臨的最重要挑戰之一。雖然今天的鋰離子電池將繼續改進，但對固態電池的研究有可能實現高回報和改變游戲規則的技術。”
圖片來源：牛津大學
與其他電池不同，Li-SSB使用固體電解質代替了傳統電池中易燃的液體電解質，并使用鋰金屬作為陽極（負極）。固體電解質的使用提高了安全性，而鋰金屬的使用意味著可以儲存更多的能量。然而，Li-SSB面臨的一個關鍵挑戰是，由于“枝晶”（鋰金屬細絲會穿透陶瓷電解質）的生長，電池在充電時容易發生短路。作為法拉第研究所SOLBAT項目的一部分，牛津大學材料、化學和工程科學系的研究人員領導了一系列深入調查，以更多地了解這種短路是如何發生的。
在這項最新研究中，該小組在Diamond Light Source使用了稱為X射線計算機斷層掃描的先進成像技術，以前所未有的細節可視化充電過程中的枝晶失效。新成像研究表明，枝晶裂紋的萌生和傳播是獨立的過程，由不同的潛在機制驅動。當鋰在次表層孔隙中積累時，枝晶裂紋就開始了。當孔隙變滿時，電池的進一步充電會增加壓力，導致破裂。相比之下，傳播發生在鋰僅部分填充裂縫的情況下，通過楔形開口機制驅動裂縫從后面打開。
圖片來源：牛津大學
這種新的理解為克服Li-SSB的技術挑戰指明了方向。Dominic Melvin表示：“例如，雖然鋰陽極的壓力可以很好地避免在放電時與固體電解質的界面產生間隙，但研究結果表明，充電引起的壓力過大可能使枝晶生長和造成短路。”
法拉第研究所首席執行官Pam Thomas教授表示：“SOLBAT研究人員繼續發展對固態電池失效的機理理解，這也是在汽車應用中實現具有商業相關性能的高功率電池之前需要克服的一個障礙。”
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