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研究快讯!电池充电新见解助力电动车的改进开发!

2018-01-11 13:51:48.0 来源:材料科技在线

来自Forschungszentrum Jülich和Forschungszentrum Jülich大学的研究人员开发了一项新技术,该技术在Elsevier的今日材料上发表,对于锂离子电池的充电率如何成为限制其寿命和安全性的一个因素,提供了一个独特的见解。


最先进的锂离子电池正在推动清洁运输和高端消费电子产品的革命,但在充电时间的改善方面仍有需要改进的地方。目前应用的增加充电电流来减少充电时间会危及电池的寿命和安全性。


科技大学(TUM)的Johannes Wandt博士解释说“锂离子在锂离子电镀之前,可以可逆地进入到石墨阳极中,这样限制了充电电流”。


锂离子电池由带正电的过渡金属氧化物阴极和带负电荷的石墨阳极组成。在充电过程中,锂离子从阴极(脱出)向阳极(嵌入)移动。然而,如果充电速率过高,锂离子沉积在阳极表面的金属表层,而不是进入到石墨中。Wandt博士补充道:“这种不希望发生的锂电镀副作用会导致电池的快速退化,并造成安全隐患”。


TUM技术电化学主席Wandt博士和Hubert A. Gasteiger博士与来自ForschungzentrumJülich和RWTH Aachen大学的同事一起着手开发一种新的工具来实时检测石墨阳极上的锂离子的实际数量。研究人员称这项技术为operando电子顺磁共振(EPR)。


“观察锂金属电镀的最简单方法是在它的工作周期结束时打开一个电池,并用肉眼或显微镜来观察,”Wandt博士说“还有一些非破坏性的电化学技术,提供了电池充电过程中是否发生了电镀锂的信息。”


然而,这两种方法都不能提供任何关于锂金属电镀的信息或充电过程中锂金属含量的信息。相比之下,EPR检测金属锂中几分钟甚至几秒内与未配对的导电电子相关的磁矩,它具有非常高的灵敏度和时间敏感度。


“在其目前的形式,这一技术主要限于实验室规模的电池,但也有许多可能的应用,Forschungzentrum Julich和RWTH Aachen大学的Josef Granwehr博士共同解释道。到目前为止,先进的快速充电程序的发展主要是基于模拟,但缺乏对这些结果进行实验验证的分析技术。这项技术对于测试电池材料及其对锂金属镀层的影响也是非常有趣的。特别是能够抑制或减少锂金属电镀的电解液添加剂。


Wandt博士强调,电动汽车的快速充电可能是对这项工作进行进一步分析的关键应用。


到目前为止,还没有分析技术可以直接确定锂电池电镀前最大充电速率,即充电状态、温度、电极几何形状等因素。这项新技术可以为经常使用的计算模型提供急需的实验验证,也是研究新电池添加剂对锂金属电镀影响的一种手段。


研究人员目前正与其他合作者一起,在简单的模型系统中,对其实验结果进行基准测试,以对其实验结果进行基准测试。


Forschungzentrum Jülich and RWTH Aachen U大学的Rudiger-A博士解释道:我们的目标是开发一种工具集,帮助对不同的电池设计和电动车协议的锂金属进行实用的理解。


文章来自materialstoday网站,原文题目为New insight into battery charging supports development of improved electric vehicles,由材料科技在线汇总整理。

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