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俗話(huà)說(shuō)，欲速則不達。由于一項旨在確定導致電動(dòng)汽車(chē)中快速充電鋰離子電池性能下降的原因的新研究，這樣的格言可能尤其適用于電池。
在由能源部（DOE）阿貢國家實(shí)驗室的美國能源部新的研究，科學(xué)家們發(fā)現了一個(gè)有趣的化學(xué)行為電池的為電池充電和放電兩個(gè)端子。
鋰離子電池包含一個(gè)帶正電的陰極和一個(gè)帶負電的陽(yáng)極，它們被一種叫做電解質(zhì)的材料隔開(kāi)，電解質(zhì)在它們之間移動(dòng)鋰離子。這些電池中的陽(yáng)極通常由石墨制成——與許多鉛筆中的材料相同。然而，在鋰離子電池中，石墨是由小顆粒組裝而成的。在這些粒子內部，鋰離子可以在稱(chēng)為嵌入的過(guò)程中自行嵌入。當插層發(fā)生正確時(shí)，電池可以成功充電和放電。
然而，當電池充電過(guò)快時(shí)，嵌入就變成了一件棘手的事情。鋰離子不會(huì )順利進(jìn)入石墨，而是傾向于聚集在陽(yáng)極表面的頂部，從而產(chǎn)生“電鍍”效應，從而對電池造成端子損壞（不是雙關(guān)語(yǔ)）。
“電鍍是快速充電期間電池性能受損的主要原因之一，”該研究的作者阿貢電池科學(xué)家丹尼爾亞伯拉罕說(shuō)?！爱斘覀兛焖俳o電池充電時(shí)，我們發(fā)現除了陽(yáng)極表面的鍍層外，電極孔內還積聚了反應產(chǎn)物?！?因此，陽(yáng)極本身會(huì )發(fā)生一定程度的不可逆膨脹，從而損害電池性能。
使用一種稱(chēng)為掃描電子納米衍射的技術(shù)，來(lái)自伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的亞伯拉罕和他的同事們觀(guān)察到石墨顆粒的另一個(gè)顯著(zhù)變化。在原子水平上，顆粒邊緣的石墨原子晶格由于反復快速充電而扭曲，阻礙了嵌入過(guò)程?！盎旧?，我們看到的是石墨中的原子網(wǎng)絡(luò )扭曲，這阻止了鋰離子在粒子內部找到它們的‘家’——相反，它們鍍在粒子上，”他說(shuō)。
“我們給電池充電的速度越快，陽(yáng)極的原子序就越混亂，這最終會(huì )阻止鋰離子來(lái)回移動(dòng)，”亞伯拉罕說(shuō)?！瓣P(guān)鍵是找到方法來(lái)防止這種組織損失或以某種方式修改石墨顆粒，以便鋰離子可以更有效地嵌入?！?/p>
一篇基于該研究的論文“通過(guò)快速充電鋰離子電池陽(yáng)極的多長(cháng)度尺度表征揭示了石墨顆粒邊緣的無(wú)序增加”，發(fā)表在 10 月 8 日的《電化學(xué)學(xué)會(huì )雜志》上。
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