研究人员通过微观结构和缺陷工程提高锂离子电池的性能

   2023-02-13 盖世汽车Elisha300
核心提示:新研究表明,由高功率激光产生的极短脉冲,可以在锂离子电池材料中引起微小的缺陷,从而提高电池的性能。

据外媒报道,北卡罗莱纳州立大学( North Carolina State University)与美国能源部橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)的电池测试研究人员合作进行的一项新研究表明,由高功率激光产生的极短脉冲,可以在锂离子电池材料中引起微小的缺陷,从而提高电池的性能。


研究人员通过微观结构和缺陷工程提高锂离子电池的性能



该技术名为纳秒脉冲激光退火(nanosecond pulsed laser annealing),仅持续100纳秒,由现代眼科手术中使用的同类型激光产生。在常用的锂离子电池阳极材料——石墨上,研究人员测试了这项技术。他们以10个脉冲和80个脉冲的批次测试了这项技术,并比较电流容量的差异,功率等于电流乘以电压。

该校研究人员Jay Narayan表示:“材料缺陷可能令人讨厌,但经过合理设计,也可能成为一种优势。这项技术提高了电流容量,为锂离子打开了大门。石墨阳极由表面的台阶和凹槽组成,创造更多的台阶,就像为锂离子创造更多的进出门,这是有益的。通过这项技术,还可以产生空位缺陷,也就是缺失的原子。这有助于为锂离子提供更多的进出位置,与当前容量有关。”

当使用最优脉冲数时(接近10个脉冲而不是80个脉冲),电流容量增加了20%。当然,研究表明,石墨阳极中的缺陷太多,也会导致问题。“锂离子带有正电荷,如果它捕获一个电子,就会变成锂金属,进而在阳极上引起枝晶生长,可能会引发火灾。所以,要确保锂离子不会变成金属。”

Narayan表示,制造商应该拥有相关设施,以在生产阴、阳极时使用纳秒脉冲激光热处理技术。“利用高功率激光,可在一微秒内处理阴、阳极。”阴、阳极是在薄板上制成的,因此可以相对快速、容易地进行处理。

最近,Narayan和得克萨斯大学-奥斯汀分校(University of Texas-Austin)的研究人员发表了另一篇论文,在阴极材料上使用了同样的激光技术。该研究表明,激光处理增强了阴极材料。接下来,研究人员将致力于不再使用更昂贵的材料,比如电池阴极中的钴,以制造更高功率和更持久的电池。


 
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