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法拉第研究所闡明固態(tài)電池失效原因

2021-05-04
來源:電子工程世界

據外媒報道,法拉第研究所(Faraday Institution)的科學家,在了解固態(tài)電池失效原因方面取得重要進展。

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  研究人員為這一科學難題的關鍵部分提供了答案。

  新型“超越鋰離子”電池化學設計,應逐步提升電動汽車電池的續(xù)航里程和安全性,同時提供成本效益。固態(tài)電池屬于這方面的潛在技術,然而,受若干關鍵技術挑戰(zhàn)的影響,這種電池會在充放電時出現失效現象,從而阻礙其大規(guī)模應用。

  此外,固態(tài)電池在反復充放電后會發(fā)生短路。電池失效的常見原因是鋰枝晶生長,找到相關的解決方案,或將開啟固態(tài)電池動力電動汽車新時代。

  牛津大學(University of Oxford)材料、化學和工程科學系的科學家們與鉆石光源(Diamond Light Source)和瑞士謝爾研究所(Paul Scherrer Institute)合作,提出強有力的證據,以支持兩種相互競爭的理論之一,即鋰金屬枝晶通過陶瓷電解質生長,在高電荷率下導致電池短路。

  該團隊使用X射線計算機斷層掃描(與醫(yī)用CAT掃描儀非常相似的成像方法),并結合空間映射X射線衍射,來設想和表征運行固態(tài)電池內部形成枝晶和裂縫的過程。

  最初,在靠近鍍鋰負極的電解質中,形成錐形凹坑狀裂紋。裂紋沿孔隙率大于陶瓷平均值的路徑擴展。

  然后,金屬鋰沿裂縫沉積,進而從后部加寬裂縫,使裂縫繼續(xù)擴大。裂紋前沿在鋰沉積之前已經擴大,因此裂紋尖端不存在鋰。只有沿裂縫全部形成鍍鋰時,電芯才會最終短路。


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