据外媒报道,由慕尼黑工业大学(TUM)领导的研究团队,深入探讨在充放电过程中电池的内部工作原理,以优化充电过程。
(图片来源:慕尼黑工业大学)
当电动汽车充电时,一开始充电指示器变化很快,到最后就会慢得多。该校的Anatoliy Senyshyn博士表示:“这就像是把东西放在储物间里,开始很容易,后来越来越难找到放东西的地方。”
充电过程前后的电池内部结构是已知的。现在,由慕尼黑工业大学领先中子和正电子研究中心Heinz Maier-Leibnitz Zentrum(MLZ)领导的研究团队,首次利用材料科学衍射仪STRESS-SPEC观测到在整个充放电过程中电池内的锂分布。然后,研究人员使用高分辨率粉末衍射仪SPODI验证了测量结果。
锂离子分布很关键
在充电过程中,锂离子从正极移至负极,放电时则反向移动。在此项研究中,研究人员发现,在充放电过程中,锂的分布状态不断变化。Senyshyn表示:“当锂分布不均匀时,在含锂过多或过少的位置,无法在正、负极之间实现100%的锂交换。然而,如果锂均匀分布,可以提高电池的性能。”
研究人员利用高分辨率图像,成功捕捉到电池中锂的不均匀分布状态。为了获得整个电池中的情况,对一个又一个局部位置进行研究,并将这些单独的图像放在一起形成整体图像。
在德国电子加速器(Deutsches Elektronen-Synchrotron)和欧洲同步辐射设施(ESRF)的帮助下,可以选择部分微米级尺寸的位置。结果,研究人员发现,锂不仅沿着电极层分布不均匀,在垂直于电极层的位置也是如此。
Senyshyn表示,这些观察结果或将推动可充电电池的长期发展,例如用于电动汽车的电池。“电池中的锂分布,对电池性能具有诸多影响。如果能更好地控制这些问题,未来就可以显著提高电池性能。”