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牛津大學(xué)新研究可能為電動汽車解鎖電池潛力

時間:2023-06-09 09:30來源:蓋世汽車作者:劉麗婷

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6月8日，牛津大學(xué)（University of Oxford）研究人員在期刊《Nature》發(fā)表了一項新研究，可顯著改進電動汽車（EV）電池。通過使用先進的成像技術(shù)，新研究揭示了導(dǎo)致鋰金屬固態(tài)電池（Li-SSB）失效的機制。如果能夠克服這些問題，使用鋰金屬陽極的固態(tài)電池就可以顯著改進EV電池續(xù)航里程、安全性和性能，并有助于推動電動航空的發(fā)展。

圖片來源：牛津大學(xué)

該研究的共同主要作者之一、牛津大學(xué)材料系博士生Dominic Melvin表示：“用鋰金屬陽極開發(fā)固態(tài)電池是電池技術(shù)進步面臨的最重要挑戰(zhàn)之一。雖然今天的鋰離子電池將繼續(xù)改進，但對固態(tài)電池的研究有可能實現(xiàn)高回報和改變游戲規(guī)則的技術(shù)。”

圖片來源：牛津大學(xué)

與其他電池不同，Li-SSB使用固體電解質(zhì)代替了傳統(tǒng)電池中易燃的液體電解質(zhì)，并使用鋰金屬作為陽極（負(fù)極）。固體電解質(zhì)的使用提高了安全性，而鋰金屬的使用意味著可以儲存更多的能量。然而，Li-SSB面臨的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)是，由于“枝晶”（鋰金屬細絲會穿透陶瓷電解質(zhì)）的生長，電池在充電時容易發(fā)生短路。作為法拉第研究所SOLBAT項目的一部分，牛津大學(xué)材料、化學(xué)和工程科學(xué)系的研究人員領(lǐng)導(dǎo)了一系列深入調(diào)查，以更多地了解這種短路是如何發(fā)生的。

在這項最新研究中，該小組在Diamond Light Source使用了稱為X射線計算機斷層掃描的先進成像技術(shù)，以前所未有的細節(jié)可視化充電過程中的枝晶失效。新成像研究表明，枝晶裂紋的萌生和傳播是獨立的過程，由不同的潛在機制驅(qū)動。當(dāng)鋰在次表層孔隙中積累時，枝晶裂紋就開始了。當(dāng)孔隙變滿時，電池的進一步充電會增加壓力，導(dǎo)致破裂。相比之下，傳播發(fā)生在鋰僅部分填充裂縫的情況下，通過楔形開口機制驅(qū)動裂縫從后面打開。

圖片來源：牛津大學(xué)

這種新的理解為克服Li-SSB的技術(shù)挑戰(zhàn)指明了方向。Dominic Melvin表示：“例如，雖然鋰陽極的壓力可以很好地避免在放電時與固體電解質(zhì)的界面產(chǎn)生間隙，但研究結(jié)果表明，充電引起的壓力過大可能使枝晶生長和造成短路。”

法拉第研究所首席執(zhí)行官Pam Thomas教授表示：“SOLBAT研究人員繼續(xù)發(fā)展對固態(tài)電池失效的機理理解，這也是在汽車應(yīng)用中實現(xiàn)具有商業(yè)相關(guān)性能的高功率電池之前需要克服的一個障礙。”

(責(zé)任編輯：子蕊)

文章標(biāo)簽：電池電動汽車牛津大學(xué)

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