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劍橋大學(xué)發(fā)明新光學(xué)顯微鏡技術(shù) 助力開(kāi)發(fā)下一代電池

時(shí)間:2022-08-18 08:43來(lái)源:蓋世汽車(chē) 作者:劉麗婷

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清潔高效的儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)于建立可再生能源基礎(chǔ)設(shè)施至關(guān)重要。鋰離子電池已在個(gè)人電子設(shè)備中占據(jù)主導(dǎo)地位，并且有望普遍應(yīng)用于可靠的電網(wǎng)級(jí)存儲(chǔ)和電動(dòng)汽車(chē)，但鋰離子電池仍需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)以提高充電率和使用壽命。

圖片來(lái)源：劍橋大學(xué)

為助力開(kāi)發(fā)充電更快續(xù)航更持久的電池，科學(xué)家們需要能夠了解電池運(yùn)行的內(nèi)部過(guò)程，以確定電池性能的局限性。目前，可視化活性電池材料需要復(fù)雜的同步加速器X射線(xiàn)或電子顯微鏡技術(shù)，但這些技術(shù)較為復(fù)雜、成本較高，而且通常無(wú)法快速成像以捕捉快速充電電極材料中發(fā)生的快速變化。因此，單個(gè)活性粒子的長(zhǎng)度尺度和在商業(yè)相關(guān)的快速充電速率上的離子動(dòng)力學(xué)在很大程度上仍未被發(fā)現(xiàn)。

據(jù)外媒報(bào)道，劍橋大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)出基于實(shí)驗(yàn)室的低成本光學(xué)顯微鏡技術(shù)，用于研究鋰離子電池，克服了上述難題。研究人員檢查了當(dāng)前充電速度最快的陽(yáng)極材料之一Nb14W3O44的單個(gè)顆粒。可見(jiàn)光通過(guò)一個(gè)小玻璃窗發(fā)送到電池中，使研究人員能夠在現(xiàn)實(shí)的非平衡條件下實(shí)時(shí)觀(guān)察活性粒子內(nèi)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，從而揭示了通過(guò)單個(gè)活性顆粒的前狀鋰濃度梯度，進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)部應(yīng)變（部分顆粒破裂）。

圖片來(lái)源：劍橋大學(xué)

顆粒破裂是電池的問(wèn)題之一，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致碎片的電氣斷開(kāi)，從而降低電池的存儲(chǔ)容量。相關(guān)論文合著者、劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室（Cavendish Laboratory）Christoph Schnedermann博士表示：“這種自發(fā)事件對(duì)電池產(chǎn)生嚴(yán)重影響，而此前一直無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)觀(guān)察。”

該技術(shù)具有多種優(yōu)勢(shì)，包括快速數(shù)據(jù)采集、單粒子分辨率和高通量能力，因此未來(lái)或可助力進(jìn)一步探索電池失效時(shí)的內(nèi)部情況以及如何預(yù)防。該技術(shù)可用于研究幾乎所有類(lèi)型的電池材料，使其成為下一代電池開(kāi)發(fā)中的重要部分。

(責(zé)任編輯：子蕊)

文章標(biāo)簽：電池

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