纯金属锂是一种很有前途的替代graphite-based阳极目前用于电动汽车电池。它可以极大地减少电池重量和大大延长驾驶电动汽车相对于现有技术的范围。但在锂金属电池可用于汽车,科学家必须首先弄清楚如何延长其寿命。
领导的一项新的研究——彼得•哈里发,化学家在美国能源部(DOE)布鲁克海文国家实验室和石溪大学——;跟踪锂金属沉积和删除从电池阳极时骑自行车发生故障时如何找到线索。这项工作发表在一个特殊的问题电化学学会》杂志上纪念诺贝尔奖获得者的贡献电池研究员John Goodenough喜欢哈里发是电池500财团研究小组的成员之一。
“在一个好的电池,锂镀(沉积)和剥离(删除)将是相同的在电极表面上的所有位置,”哈里发说。“我们的研究结果表明,很难去除锂在某些地方,这意味着有问题。通过识别问题的原因,我们可以找出如何摆脱他们,使更好的电池更高的能力和更长的寿命。”
哈里发和他的同事进行了研究,运用强烈的x射线在先进的光子源,美国能源部科学办公室用户设备能源部阿尔贡国家实验室的。欧洲杯线上买球他们跟踪锂从阴极和阳极穿梭在一个完整的充电和放电周期。
“x射线可以看到穿过电池,让我们很快地使许多测量跟踪随着电池的变化会发生什么,”哈里发说。”我们所知,从来没有人能够使用x射线图锂穿梭而它发生。”
一个挑战:锂原子很难看到使用x射线。少量的锂原子的微弱信号,在阴极和阳极之间可以很容易被强信号发出的其他材料组成电池——;包括信号,将来自大量的纯金属锂阳极锂。欧洲杯足球竞彩
应对这一挑战,哈里发的团队设计了一个使用一个“裸”阳极——电池;至少对预先存在的锂的存在。这使得信号的穿梭于锂离子更容易测量。
然后他们做了一个研究比较两种不同的阳极材料——;铜和钼-;锂离子沉积纯金属锂提取后这些电池的阴极材料在操欧洲杯足球竞彩作期间。这使得研究人员遵循统一金属锂是如何添加和删除从阳极表面。
比较这个过程使用铜和钼阳极也提供了一个机会来识别这两种金属之间的差异可能是丰硕的设计改进的电池。使用这个设置,团队绘制出锂电极在场,而细胞维持在充电和放电的不同阶段。
花了大约一个小时收集地图与数以百计的数据点。映射的数据可以用来识别发生了变化,由于充电和放电的电池,但数据收集的过程太缓慢变化发生后是有用的。跟踪变化发生,科学家们使用更快速数据收集程序扫描的一个小子集10 pixel-specific位置在电池循环一遍又一遍。
”我们做了地图,而电池处于休眠状态,从0开始的能力,然后把像素测量作为我们收取一半的能力。然后我们停止充电,让另一个地图,然后恢复pixel-specific测量而充电满负荷。然后我们排出细胞,同时继续交替映射和像素扫描,停止收集地图一半放电和放电,“哈里发解释道。
结果显示变化
铜阳极,所有的点的表现,因为他们应该充电:一半的容量锂沉积在阳极half-charged状态,和所有可能的锂沉积了完全充电状态。
在放电,大像素之间产生了分歧。在一些像素,锂被流量成比例(锂剥了一半放电状态,和所有被完全放电)了。在锂清除其他像素显示滞后,上半年剥离缓慢放电,然后加速完成的过程充分放电。还是其它地方的落后很严重,大多数仍在锂阳极即使电池完全放电。
“如果锂留下,减少细胞的能力,”哈里发说。“每个锂原子留下意味着少了一个电子流过外部电路由电池提供动力。你不能提取细胞的能力。”
发现这些异常出现由于不完全剥离的锂有点奇怪。在这项研究之前,许多科学家认为镀锂源的锂金属电池最严重的问题。
“一般来说,一个预计更难存款锂金属的原子必须组织的具体安排,这种金属的晶体结构,”哈里发解释道。“删除锂应该容易,因为可以带走任何表面原子不遵循任何特定的模式。此外,如果添加比锂原子可以在表面沉积同质的,经济增长往往发生在针状的树突的形式会导致电短裤(和潜在的火灾)电池。”
钼阳极显示更多的变化在比铜电镀,但在剥离少变化。
“自锂行为更好的在剥离步骤导致阳极最全面的违规行为,这意味着电池使用钼箔基质代替铜基板可能会产生高容量电池,”哈里发说。
然而,目前尚不清楚如果金属的选择负责钼阳极的性能越好。另一个因素可能是电解液的分布;锂离子的液体通过旅行,因为他们将阳极和阴极之间来回穿梭。
映射数据显示,表现不佳的地区发生在斑点直径约5毫米。这些斑点的大小和形状和比较与其他实验表明贫困蔓延整个电池的电解液可能是负责当地的能力在这些地区的损失。哈里发说,如果是这样的话,那么电池的性能可以提高找到一个更好的方法来分配整个阴极电解液。
“后续实验旨在区分金属和溶剂效应,以及测试的有效性策略来减轻潜在的问题,如电解液不均匀性,将有助于推进发展的更广泛目标高容量锂金属阳极电池长寿命,”哈里发说。
布鲁克海文实验室的作用,这一研究是由美国能源部的能源效率和可再生能源办公室车辆技术,通过先进的电池材料研究项目和Battery500财团。欧洲杯足球竞彩
编译的采访、文章和新闻在去年。欧洲杯猜球平台
