2021年6月24日
研究人员开发了一种简单的基于实验室的技术，可以让他们看到锂离子电池内部，并在电池充放电时实时跟踪锂离子的移动，这是目前还不可能实现的。
使用这种低成本技术，研究人员发现了限制速度的过程，如果解决了这个问题，大多数智能手机和笔记本电脑的电池可以在5分钟内充电。
来自剑桥大学的研究人员表示，他们的技术不仅有助于改善现有的电池材料，而且可以加速下一代电池的开发，这是向无化石燃料世界过渡过程中需要克服的最大技术障碍之一。欧洲杯足球竞彩研究结果发表在该杂志上大自然。
虽然锂离子电池具有不可否认的优势，比如与其他电池和储能方式相比，它具有较高的能量密度和较长的寿命，但它也会过热甚至爆炸，而且生产成本相对较高。此外，它们的能量密度远不及汽油。到目前为止，这使得它们不适合广泛应用于两种主要的清洁技术:电动汽车和太阳能电网存储。
“更好的电池是能够储存更多能量的电池，或者充电速度更快的电池——理想情况下两者兼而有之。”来自剑桥卡文迪许实验室的合著者克里斯托弗·施奈德曼博士说。“但要用新材料制造更好的电池，并改进我们已经使用的电池，我们需要了解它们内部的情况欧洲杯足球竞彩。”
为了改善锂离子电池，并帮助它们更快充电，研究人员需要实时跟踪和了解功能材料在现实条件下发生的过程。欧洲杯足球竞彩目前，这需要复杂的同步x射线或电子显微镜技术，这既耗时又昂贵。
“真正研究电池内部发生了什么,你基本上已经让显微镜做两件事:它需要观察电池充电和放电的几个小时,但同时它需要获取非常快的过程发生在电池内部,“剑桥大学卡文迪许实验室的博士生、第一作者爱丽丝·梅里韦瑟说。
剑桥大学的研究小组开发了一种光学显微镜技术，叫做干涉散射显微镜，用来观察这些过程。利用这项技术，他们能够通过测量散射光的数量来观察锂钴氧化物(通常称为LCO)的充电和放电的单个粒子。欧洲杯猜球平台
他们能够看到LCO在充放电循环中经历了一系列的相变。LCO粒子内部的相界随着锂离子的进出而移动和变化。欧洲杯猜球平台研究人员发现，移动边界的机制取决于电池是否在充电或放电。
“我们发现，锂离子电池有不同的速度限制，取决于它是在充电还是放电，”领导这项研究的卡文迪许实验室的阿克谢·拉奥博士说。“充电时的速度取决于锂离子通过活性材料颗粒的速度。欧洲杯猜球平台放电时，速度取决于离子在边缘插入的速度。如果我们能控制这两种机制，就能使锂离子电池充电更快。”
“考虑到锂离子电池已经使用了几十年，你可能会认为我们对它们了如指掌，但事实并非如此。”Schnedermann说。“这项技术让我们看到它通过充放电循环的速度可能有多快。我们真正期待的是利用这项技术来研究下一代电池材料——我们可以利用我们对LCO的了解来开发新材料。”欧洲杯足球竞彩
“这项技术是观察固体材料中的离子动力学的一种相当普遍的方法，所以你可以将它用于几乎任何类型的电池材料，”欧洲杯足球竞彩剑桥大学Yusuf Hamied化学系的克莱尔·格雷教授说，她是这项研究的共同负责人。
该方法的高通量特性允许在整个电极上取样许多粒子，并将进一步探索电池失效时会发生什么以及如何防止它。欧洲杯猜球平台
“我们开发的这种基于实验室的技术在技术速度上带来了巨大的变化，因此我们可以跟上电池快速移动的内部工作方式，”Schnedermann说。“事实上，我们可以看到这些相位边界在实时变化，这真的很令人惊讶。这项技术可能是开发下一代电池的一个重要难题。”
来源:https://www.cam.ac.uk/