使锂离子电池更安全、更坚固
今天的可充电锂离子电池是好的，但他们可以在未来更好。这是芝加哥伊利诺伊大学和阿贡国家实验室的研究人员发现，经过广泛的研究，采用实时传输电子显微镜或电镜。他们在《自然通讯》上报道说，这项技术是了解锂离子电池电化学反应的最有效的方法，并了解如何对电池进行改进，使其变得更安全、更坚固、更持久、更便宜。“尽管广泛使用，可充电锂离子电池面临的各种材料和界面的挑战，排除他们从高功率和高性能的应用程序，”Reza Shahbazian Yassar说，副教授，机械和工业工程以及一个共同作者，包括Khalil Amine和Jun Lu的贡。锂离子电池通常用于家庭和便携式电子产品，在一些汽车上。它们的作用是锂离子从负极到正极在放电过程中和充电时返回。尽管市场预计在2024年底将超过770亿美元，但根据透明市场研究，研究人员说，在生产出更好的电池之前，还需要解决几个问题。“有很多科学的挑战，我们要了解是什么原因导致电池在循环过程中较低的温度下消失；为什么导致较差的电源；为什么它可能会因为过热而爆炸；为什么电池变得不稳定，如果多收了，”Shahbazian Yassar说。他说：“有时制造出好材料，但不安全。”。“有时它们是安全的，但它们没有足够的能量来工作。我们想找一个折中的办法。例如，Shahbazian Yassar说，今天所使用的锂离子电池不能达到的高能量密度和寿命要求的电动汽车同时匹配 ； ； ；性能 ；由内燃机驱动的汽车。 ；因此，由锂和氧电化新组合，以及锂、硅，正在审查，因为他们持有并产生高密度能量的能力。Shahbazian Yassar和易飞元，一个博士后研究人员共同合作，在UIC和阿贡和该研究的第一作者，用实时的TEM研究电池因为技术允许研究人员通过加热修改样本，紧张或其他不受控制的过程中故意的方式。有原位研究的众多优点，或在真正的时间，Shahbazian Yassar说。一个单一的原位实验提供了一个过程及其变化的连续视图，而不是使用许多样品；具体和详细的运动可以测量。除了锂、轻但在地球有限的供应高活性物质，研究人员正在探索替代的电荷载体如钠感兴趣，因为在地球上的储量丰富和相对较轻的原子量，并与高能量密度的多价离子，如镁、钙和铝。“电池组件必须被改变，新的设计和材料必须使用，成本更低，”Shahbazian Yassar说。电池需要提供更多的能量和更好的性能，提供他们现在所提供的能量密度的两倍或三倍。总的来说，如果你看看过去10年，电池成本正在下降，但它仍然不在我们所期望的范围内。他说：“开发新一代锂离子电池需要有很高的标准，我们正在努力实现这一目标。”。这项工作是由美国能源部的合同de-ac0206ch11357从车辆技术办公室的能源效率和可再生能源办公室部门的支持。金融支持也来自美国国家科学基金会提供，奖号dmr-1620901。