x射线图像捕获的电动汽车电池降低随着时间的推移

CLS研究员托比债券使用x射线帮助工程师强大的电动汽车电池寿命更长。电化学的研究,发表在《社会,显示电池的充电/放电周期造成物理伤害最终会导致减少能量储存。这项新研究指出裂缝之间的联系,形成至关重要的电池材料和消耗的液体携带电荷。

债券使用BMIT设施在加拿大萨斯喀彻温大学光源产生的内部电池的详细CT扫描。与达尔豪斯大学的杰夫Dahn博士合作,他专门从事电动汽车电池,研究规则是在尽可能多的能量进入一个轻量级设备。

“大缺点包装更多的能量,一般来说,你包的更多的能量,电池将降低越快,”邦德说。

在锂离子电池中,这是因为收取其他原子之间的身体力量锂离子电极材料,把它们分开。添加更多的电荷会增长更多的材料,而退缩当锂离子离开。在许多周期的增加和减少,微裂纹开始形成的材料,慢慢地减少其持有电荷的能力。

CLS CT扫描也表明,电解质电池内液体吸入扩大孔隙空间由微裂纹正极材料。
CLS CT扫描也表明,电解质电池内液体吸入扩大孔隙空间由微裂纹正极材料。
“这最终会导致材料在电池从内部崩溃。如果它变得足够糟糕,实际上会导致部分电池内部剥离本身,”邦德说。“如果它会导致大规模的破坏在电池内部,也可以成为一个安全的问题。”

研究这个问题,以及如何有效的涂料和其他治疗方法阻止它,一直在重要领域很长时间了。传统上,研究了裂缝形成的电池的电池分开,在电子显微镜下观察单个粒子。这破坏了电池,所以不允许研究人员保持更大的结构,看看其他影响裂纹可能在剩下的电池。

通过使用x射线成像CLS,邦德说研究人员可以研究这些影响在上下文,产生裂纹的原因,看看电池的其余部分的变化。在这项研究中,研究人员发现,微观裂纹的电池有更糟糕的是,细胞中的液体被吸收进之间的额外的空间裂缝,这可能不会留下足够的液体。

“这是第一次有人能够捕获所有的这些影响发生在一起工作电池,”邦德说。“这消耗的液体电解质可以导致严重的问题,因为任何的一部分电池没有足够的液体会停止工作。”

在这项研究中,债券和他的同事们研究了电池,连续充电和放电不同水平年,与没有使用的电池。3 d x射线扫描他们使用BMIT收集的明亮,精确聚焦的光线允许他们看到不同的材料是如何影响使用,无论是在微观规模和在整个电池。

一个实际的外卖吗?研究小组发现,电池消耗少量恶化造成低于电池的放电。这可能是因为一个较小的电荷变化导致更少的物理压力随着时间的推移电池电极材料。这种效应是重要的理解长途运输等新的应用程序,使用停电动车电动飞机,向电网存储和释放能量。这些场景通常需要使用更多的电池再次充电前的全部能力。

“当我们开始取代combustion-driven汽车与电动汽车越来越多,真的很重要了解电池在不同条件下的行为,”邦德说。“这是非常令人兴奋的工作在这些问题上,我们真的需要同步加速器等工具来理解的细节里想的是什么电池,当我们尝试新的方法。”

参考:债券T, Gauthier R, Eldesoky,哈洛J, Dahn JR .)原位成像电极厚度的增长和电解质耗竭在单晶和多晶LiNixMnyCozO2 /石墨囊细胞使用多尺度计算机断层扫描。J Electrochem Soc。2022年,169 (2):020501。doi:10.1149 / 1945 - 7111 / ac4b83

本文从以下转载材料。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。