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研究人员利用X射线捕获EV电池的退化图像

2022-04-07 18:16:10来源:盖世汽车

盖世汽车讯据外媒报道,加拿大光源(Canadian Light Source)的研究人员Toby Bond利用X射线,帮助设计强劲的电动汽车电池,使其寿命更长。这项研究展示电池充放电循环如何造成物理损伤,最终导致储能能力下降。这项新工作指出,电池材料中形成的裂缝,与携带电荷的重要液体损耗之间存在联系。

研究人员利用X射线捕获EV电池的退化图像

(图片来源:Canadian Light Source)

研究人员利用萨斯喀彻温大学(University of Saskatchewan)加拿大光源的脑磁感应断层成像(BMIT)设施,对电池内部进行详细的CT扫描。这项研究专门探讨电动汽车的电池,旨在轻量设备中储存更多的能量。Bond表示:“一般来说,储存的能量越多,电池退化得越快。”

在锂离子电池中,这是因为随着充放电循环,锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌。电荷不断增多,导致材料膨胀;当锂离子离开时,材料会收缩。经过多次循环,材料中开始形成微裂纹,使其保持电荷的能力逐渐降低。“这会导致电池中的材料从内到外出现碎裂。如果损坏到一定程度,电池内部的某些部件会脱落。更严重的话,可能引发安全问题。”

长期以来,该领域致力于研究这一问题,以及如何通过涂层和其他处理方法,有效解决这一问题。传统上来说,人们会拆开电池,并在电子显微镜下观察单个颗粒,以研究电池中形成的裂缝。这样做会破坏电池,使研究人员无法保存较大的电池结构,也无法观察这些裂缝对电池中其他部分产生的影响。

在这项研究中,研究人员在CLS利用X射线成像,在特定环境中探讨这些裂缝所产生的影响,并观察其如何导致电池的其余部分发生变化。研究人员发现,随着所形成的微裂缝越来越严重,电池中的液体会被吸收至裂缝之间的额外空间,导致剩下的液体不足。Bond表示:“这是第一次有人在工作电池中捕捉到所有这些同时产生的影响。液体电解质损耗能引起严重的问题,因为电池中有任何部分无法获得足够的液体,就会停止工作。”

在研究过程中,研究人员探讨多年来不断充放电至不同水平的电池,以及从未使用过的其他条件相同的电池。通过BMIT明亮的聚焦光线采集3DX射线扫描图,能够清楚地看到使用过程对不同材料产生的影响,无论是从微观尺度,还是整个电池。

研究团队发现,少量耗尽电池,比一直给电池放电造成的损耗要小。这大约是因为在一定时间内,电荷变化越小,对电池电极材料造成的物理损害就越小。对于很多新应用来说,如长途运输、电动飞机,以及利用停放的电动汽车来储能和向电网输送能源等,了解这些影响非常重要。在这些情况下,通常在充电之前使用的电池全容量更多。

研究人员表示,随着电动汽车逐渐取代内燃机车辆,了解电池在不同条件下的表现,具有重要意义。

《全球汽车前瞻技术情报双周刊》