美科学家揭秘锂离子电池寿命变短原因,纳米粒子流动方式是主因

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美国科学家发表于最新一期《科学进展》杂志的论文说,锂离子电池中的锂离子浓度会发生涨落变化,这解释了锂离子电池寿命变短的原因,并有望帮助开发充电更快、待机时间更久的电池。

由美国能源部布鲁克黑文国家实验室领导的一个研究团队近日发现,当电池产生电流时,若电池的电极是由纳米粒子制成的,纳米粒子部分区域里的锂离子浓度会先上升,然后下降,而非此前一直认为的浓度会持续增加。

晶格是晶体内部的粒子按一定几何图形排列而成的结构。锂离子电池的工作原理是锂离子在正负极晶格间移动,充电时,锂离子从正极流到负极,放电时正相反。

“与海绵吸水类似,我们看到纳米粒子里锂离子的总浓度在不断增加,”主持该研究的布鲁克黑文国家实验室可持续能源技术部科学家王冯说,“但与水不同,锂离子会选择性地从某些区域流出,这造成晶格间锂离子浓度不一致。”

研究人员指出,锂离子进入晶格前,晶格的结构很均匀,一旦锂离子进入,就会拉伸晶格,当锂离子流出时,晶格又收缩了。锂离子的不均匀运动可能造成持久性损害,原因是它使电池内活性成分的结构变形,并可能导致电池疲劳失效。

研究人员推测这种现象也可能发生在其他高性能电池的化学物质中,该研究结果可有助于开发充电时间更短、待机时间更长的电池。

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