显微镜和建模帮助检查电池损耗

2023年2月10日
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芝加哥大学的研究人员普利兹克工程学院的分子(中外)已经使用高能电子显微镜和计算模型的组合来理解发生什么,在原子层面上,当锂离子电池降低。他们的研究指向一个方法来设计更持久的锂离子电池组的关注碳粘合剂领域(CBD)。

在充电周期,活性阴极和阳极材料的扩张和收缩,积累“粒子裂缝”和其他物理伤害。随着时间的推移,这使得锂离子电池效果更差。
研究人员先前粒子开裂特征和退化,出现在小,薄对锂离子电池电极。然而,较厚,更高能量电极等较大的电池应用程序正在开发电动汽车,卡车和飞机。

在新的工作中,孟,章子怡和合作者从热费希尔科学转向等离子体聚焦离子波束扫描电子显微镜(PFIB-SEM)想象的变化发生在一个厚厚的锂离子电池阴极。PFIB-SEM使用聚焦光线带电离子和电子组装ultra-high-resolution幅材料的三维结构

研究人员使用的成像方法收集数据在一个全新的阴极以及一个被指控和枯竭的15倍。随着电子显微镜实验的数据,团队建立计算模型说明电池退化的过程。

研究人员发现,电池的差异区域鼓励许多结构性变化。电解液腐蚀更频繁地发生在阴极表面的薄层。上面这层因此发明了一种厚电阻层,导致底层扩张和收缩超过其他地区的阴极,导致更快的退化。

模型还指向的重要性CBD-a多孔的含氟聚合物和碳原子网格一起拥有一个电极活性材料的贡献,帮助通过电池导电。先前的研究已经不是在电池使用生物降解特征,但这项新的研究表明,削弱CBD之间的联系和活动材料的阴极直接对锂离子电池的性能的下降。

赵刘博士说,电池市场发展高级经理热费希尔科学,导致了研究,“这项研究开发如何设计电极的方法来提高未来的电池性能。“集团的工作发表在《华尔街日报》焦耳。

图像- - - - - -研究人员收集的数据对不同组件的厚的锂离子电池电极进化后连续周期。显微镜的快照数据显示在左边。然后使用该数据来创建一个计算模型(如图所示)说明了退化和指向如何提高电池的使用寿命。由实验室为能量储存和转换。
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芝加哥大学