研究表明氧气损失如何降低锂离子电池的性能

当锂离子在充电放电循环期间进出电池电极时，少量的氧气泄漏，电池电压 - 它提供的能量量的量度 - 也以相同的相应量减少。随着这些损失随着时间的推移而增加，它们最终可以将电池的能量存储容量达到10％至15％。

现在科学家用无与伦比的细节量化了这种超慢的过程，展示了通过逃逸氧原子来改变电极的结构和化学的空缺或孔，并慢慢减少它可以存储的能量量。

最新调查结果与科学家对此过程的一些假设违背了，并且可以提供新的设计电极以防止它。

来自能源部的研究人员SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学最近解释了他们的研究自然能源杂志。

“我们能够测量非常小的氧气涓涓细胞，甚至如此慢慢地，超过数百周期。事实上，这太慢也是让它难以理解的东西，“斯坦福大学的博士学生博德·塞恩尼卡（Peter Csernica）曾在与副教授的实验中致力于Chueh。

双向摇椅

锂离子电池类似于摇椅，将锂离子移位到一对电极之间的锂离子，仅在短时间内存储电极。优选地，这些离子是唯一可以进出构成每个电极的无限数量的纳米颗粒的东西。欧洲杯猜球平台

然而，科学家们已经知道了一段时间，当锂来回转移时，氧原子倾向于逃离颗粒。欧洲杯猜球平台这些细节难以解决，因为来自这种泄漏的信号过于微不足道。

氧气泄漏总量超过500个电池充电和放电，是6％。这不是如此少数，但如果你试图测量每个周期期间出现的氧气量，那么它大约是百分之一的百分之一。

Peter Csernica，斯坦福大学博士生

在这种分析中，该团队通过观察氧气的损失改变颗粒的结构和化学方式来平衡泄漏。欧洲杯猜球平台它们以各种长度尺度监测过程 - 从最小的纳米颗粒到纳米颗粒的组到电极的整个厚度。欧洲杯猜球平台

由于氧原子非常努力地在电池供电的温度下以固体材料行进，因此传统的智慧只是氧气只从纳米粒子表面逸出，即使这一概念已经讨论了。欧洲杯足球竞彩

为了更好地了解完全发生的内容，研究人员将电池循环以进行不同的时间，然后将它们分开，最后切割电极纳米粒子以在Lawrence Berkeley国家实验室的先进光源进行详细分析。欧洲杯猜球平台

在实验室，使用专用的X射线显微镜来扫描样品，使高分辨率图像和探测每个小点的化学成分。该数据与已称为PTYChoguce的计算方法集成，以暴露纳米级细节，在米的十亿分之二。

与此同时，在Slac的斯坦福Synchrotron光源，研究人员通过完整的电极射出X射线，以证明它们在纳米级水平上可视化的是相对较大的规模同样真实。

一个突发，然后是一个涓涓细流

将实验结果与计算机模型相匹配如何发生氧气损失，研究人员抑制了远离颗粒表面的氧气泄漏的初始爆破，然后从内部漏气。无论纳米粒子一起聚集在一起以欧洲杯猜球平台产生更大的丛，与靠近表面靠近的那些相比，靠近丛芯的磁芯损失较低的氧气。

根据Chueh的说法，另一个重要问题是氧原子的损失如何影响他们留下的材料。

这实际上是一个很大的谜。想象一下纳米颗粒中的原子就像封闭的球体。欧洲杯猜球平台如果你继续服用氧气原子，整件事件可能会崩溃并致密化，因为该结构喜欢紧密包装。

克拉克国家加速器实验室将赤申兼副教授

由于电极结构的这种特征不能直接成像，因此研究人员再次进行了不同氧气丢失场景的其他实验观测和计算机模型之间的比较。

新发现表明，空缺肯定持续存在 - 材料不会致密化或崩溃 - 并表明它们如何在电池逐渐下降中发挥作用。

当氧气叶，周围锰，镍和钴原子迁移。所有原子都跳舞了他们理想的位置。这种金属离子重排，以及由缺氧引起的化学变化，降低了电池的电压和效率随时间的推移。人们已经知道了这一现象的知名方面很长一段时间，但机制尚不清楚。

Chueh，副教授，国家加速器实验室

目前，Chueh总结道，“我们拥有这种科学，自下而上的理解“这种重要的电池劣化来源，可能导致新的方法来减少氧气损失及其损坏的影响。

期刊参考：

CSernica，P. M.，等。（2021）含量富含含量的层状氧化物的持续和部分移动的氧气空位。自然能源。doi.org/10.1038/s41560-021-00832-7。

来源：https://www6.slac.stanford.edu/