據(jù)外媒報道,美國能源部(DOE)阿貢國家實驗室(Argonne National Laboratory)的研究人員發(fā)現(xiàn)了其性能下降的一個關鍵原因:在制備陰極材料的步驟中形成的原子結構中出現(xiàn)了缺陷。這些缺陷最終會導致陰極發(fā)生結構性地震,從而導致電池循環(huán)過程中性能下降。了解該原因后,電池開發(fā)人員將能夠調整合成條件以制造出性能更加優(yōu)越的鈉離子陰極。
圖片來源:阿貢國家實驗室
取得這一發(fā)現(xiàn)的關鍵是該團隊依賴阿貢納米材料中心(CNM)和先進光子源(APS)提供的世界級科學能力,這兩個中心都隸屬于美國能源部科學辦公室用戶設施。
阿貢大學化學科學與工程部助理化學家Guiliang Xu表示:“憑借這些設施,我們能夠在陰極材料合成過程中實時跟蹤其原子結構的變化。”
在陰極合成過程中,材料制造商將陰極混合物在空氣中緩慢加熱到非常高的溫度,并保持一定時間,然后迅速將溫度降至室溫。
CNM納米科學家Yuzi Liu表示:“眼見為實。憑借阿貢的一流科學設施,我們不必猜測,而是直接可以看到合成過程。”為此,該團隊調用了CNM的透射電子顯微鏡和APS的同步加速器X射線束(光束線11-ID-C和20-BM)。
研究數(shù)據(jù)顯示,在材料合成過程中迅速降低溫度后,陰極顆粒表面變得不那么光滑,并表現(xiàn)出大面積的應變指示。數(shù)據(jù)還顯示,這些區(qū)域的推拉效應在陰極循環(huán)過程中發(fā)生,導致陰極顆粒開裂和性能下降。
經(jīng)過進一步研究,該團隊發(fā)現(xiàn),在高溫(130華氏度)或快速充電(一小時而不是10小時)下循環(huán)陰極時,這種退化會加劇。
阿貢杰出研究員Khalil Amine指出:“我們的發(fā)現(xiàn)對于大規(guī)模制造改進的鈉離子陰極極為重要。由于所涉材料量較大,比如1000公斤,因此會產(chǎn)生很大的溫度變化,除非采取適當步驟,否則會形成許多缺陷。”
團隊成員早期的研究使得陽極得到極大改進。Xu表示:“我們目前可以將改進的陰陽極相匹配,以實現(xiàn)20%至40%的性能提升。同樣重要的是,這種電池將在高壓長期循環(huán)下保持這種性能。”
此次發(fā)現(xiàn)將會提高電動汽車的續(xù)航里程,并降低電網(wǎng)儲能的成本。
原標題: 阿貢國家實驗室發(fā)現(xiàn)鈉離子電池性能缺陷 或可提升EV續(xù)航里程