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據(jù)外媒報(bào)道，康奈爾大學(xué)（Cornell University）的研究人員發(fā)現(xiàn)了長期限制鈉離子電池耐用性的根源，并為制造商提供賦能21世紀(jì)的新策略。


鈉離子電池由豐富的材料制成，具有能量密集、不易燃等特點(diǎn)，且在較低溫度下運(yùn)行良好，因此是電動汽車、能源網(wǎng)等應(yīng)用領(lǐng)域十分具有前景的技術(shù)。但是工程師們稱該電池的化學(xué)反應(yīng)還不夠完善。雖然現(xiàn)代電子產(chǎn)品中的鋰離子電池可以充電數(shù)千次，但大多數(shù)鈉離子電池只能循環(huán)其中的一小部分。

其耐久性差是因?yàn)殡S著離子穿過電池?zé)o序晶體結(jié)構(gòu)并最終破壞了該結(jié)構(gòu)，電池運(yùn)行中的特定原子重組P2-O2會相變。雖然研究人員對相變很感興趣，但其背后的機(jī)制一直難以研究，尤其是在電池運(yùn)行期間。

康奈爾大學(xué)研究小組發(fā)現(xiàn)，隨著鈉離子在電池中移動，單個(gè)顆粒內(nèi)晶體層的錯(cuò)誤取向會增加，然后這些層會在P2-O2相變前突然對齊。材料科學(xué)與工程助理教授Andrej Singer表示：“我們發(fā)現(xiàn)了一種新的關(guān)鍵機(jī)制。在電池充電期間，原子會突然重新排列并促進(jìn)有缺陷的相變。”

通過使用康奈爾高能同步加速器源（High Energy Synchrotron Source），該團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種新的X射線成像技術(shù)，因此能夠觀察到這一現(xiàn)象，從而能夠?qū)崟r(shí)和大規(guī)模地觀察電池樣品中單個(gè)粒子的行為。

Singer稱：“意外的原子排列在傳統(tǒng)的粉末X射線衍射測量中是不可見的，因?yàn)樗枰吹絾蝹€(gè)陰極納米粒子的內(nèi)部。但如今高通量數(shù)據(jù)可使我們能夠揭示該微妙但關(guān)鍵的機(jī)制。”

憑借該發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)為其使用的鈉離子電池類型提出全新設(shè)計(jì)方案，并計(jì)劃在未來研究項(xiàng)目中進(jìn)行調(diào)查。研究第一作者、博士生Jason Huang稱其中一種解決方案是修改電池化學(xué)成分，在有缺陷的過渡階段前給粒子引入一種戰(zhàn)略性無序。

Jason Huang表示：“通過改變我們的過渡金屬（如鎳和錳）的比例，我們可以引入一些無序，并盡可能降低我們觀察到的有序效應(yīng)。”

Huang稱新的表征技術(shù)可用于揭示其他納米粒子系統(tǒng)中的復(fù)雜相行為，但其最佳應(yīng)用可能仍處于下一代儲能技術(shù)中。Huang表示：“我們將更加了解鈉離子電池，并推動相關(guān)前沿技術(shù)的發(fā)展。通過利用這些知識，我們可以設(shè)計(jì)出更好的電池將，從而解鎖未來實(shí)際應(yīng)用。”

原標(biāo)題： 康奈爾大學(xué)工程師發(fā)現(xiàn)鈉離子電池產(chǎn)生關(guān)鍵缺陷的原因