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桑迪亚国家实验室科学家使用微观方法测量电势 或可提高电池寿命

盖世汽车 刘丽婷 2021-12-07 10:36:15

盖世汽车讯 据外媒报道,桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories)的一组科学家使用微观方法测量电势,或找到制造更持久、更高效电池的方法。

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(图片来源:桑迪亚国家实验室)

研究人员之一Alec Talin表示:“固态电池的主要问题是其不同部分间的边界处,比如阴极和一层离子导电电解质,会干扰电子的流动。”

固态电池采用固体电解质代替电化学凝胶和液体,且通常为小型电子设备供电。大多数研究人员认为在电池内部接口处存在电压或电势损失,但接口不会造成电池内部产生大量电阻。因此,五年前,该研究团队开始进行测试。

Talin解释说:“通过此项研究,我们希望发现更好的燃烧特性,以开发出更好的电池材料,以及找到合适的接口设计方案,以减少电阻。在试验案例中,接口与研究使用的硅阳极中锂离子的移动速度有很大关系。”

研究团队采用开尔文探针力显微镜(Kelvin probe force microscopy),测量表面电势。桑迪亚研究团队可能并不习惯创新使用仪器,但该方法为全球首创。

此项研究人员之一Elliot Fuller表示:“计算和测量电池电极之间的电压对于研究人员而言相对简单,但确定电池层内电压下降的位置却很难。了解电压下降的位置至关重要,因为它与性能限制电阻密切相关。而开尔文探针力显微镜技术能够帮助测量电压下降发生的位置。”

Talin称:“这项技术的开发已有很多年,一直被用于测量局部电压或电池部件。我们将电池纵向切成两半,各元件堆叠起来就像一层蛋糕。但我们仍然可以对其进行充电和放电,因此对整个电池进行了测量。”

研究小组发现,电池的大部分电势是在电解质和阳极(负极)端子间的边界处丢失。

Talin还表示:“大多数人认为最大的变化将发生在阴极(正极)和电解质之间的界面。了解测量值耗时较长,而通过测量锂离子在充电过程中不同状态的位置,我们将验证数据。”

为实现这一目标,该研究团队与美国国家标准与技术研究所中子研究中心(National Institute of Standards and Technology Center for Neutron Research)的研究人员合作,使用一种称为中子深度分析的技术,以测量锂离子在特定时刻的位置。

Talin表示:“我们将使用这种技术来研究其他电池以及其他固态电气系统,例如桑迪亚发明的电化学随机存取存储器,以开发出理想运行的设备。”