科学家研究出一种全面追踪锂电池微观工作过程的方法

2020-02-17 16:38

近日，以英国电化学储能研究机构法拉第研究所（Faraday Institution）为首的科学家们开发出了一种全面追踪锂电池的微观工作过程的方法，研究小组将复杂的计算机成像和数学建模结合起来，对锂电池的工作原理有了新的认识。

科学家通过一种“虚拟展开”模型窥探了商用电池的内部，更好地了解了其工作过程以及影响电池的降解机制。最终小组发现，这一追踪过程可以为电池特性提供一个基准。

科学家说，他们的发现可以让人们更全面地了解锂电池的工作原理，以及随时间而影响性能的几种降解机制。

中子和X射线扫描显示的锂锰氧化物电池

中子层析成像更侧重于电解质和锂离子在设备中的传输。“中子层析成像技术或许可以直接观察锂离子的迁移，并能确定电解质在电池中的分布如何随时间而变化。”

x射线计算机断层扫描被认为最适用于检查如锰和镍等较重的元素。通过扫描，研究小组能够检测到电极的机械降解，如开裂和脱层。研究小组还观察到，由于锂离子的插入，阴极在放电过程中产生了裂纹。

研究小组还观察到电极的紧密缠绕使数据分析变得困难，所以他们使用了一个数学模型来“展开”这个结构，让研究小组能够深入观察电池内部的过程，而这种技术来源于历史学家，他们起初用此来观察那些过于精细却无法展开的卷轴或手稿。

分析得出的数据证明，“以前计算模型所依据的体积特性现在可能被空间解析的瞬态值所取代……它们将能够更准确和全面地描述电池的实际操作、降解和破坏。”

研究人员指出，他们的论文只对两个非常相似的电池进行了分析，因此研究结果在统计学上可能没有意义。但是他们希望借此改善各种电池化学电池，并提高人们对电池性能的普遍了解。

科学家表示，“我们开发的技术可以在电池运行过程中查看其内部，并分析性能损失发生的位置和原因，再对此制定具体的战略以改善电池的设计。”

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