牛津大学科学家揭秘全固态电池故障原因 或加速实现固态电池量产

  • 日期:09-10
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据国外媒体报道,所有固态电池都是固态电池。由于它们可以储存更多能量并具有更安全运行的潜力,因此它们已成为替代锂离子电池的下一代电池。人们的关注。如果固态电池可以批量生产,它将能够彻底改变电动汽车(EV)行业,因为它可以有效地增加电动汽车的续航里程并显着减小电动汽车的尺寸和重量。然而,固态电池在实际电流下循环(重复充电和放电)后失效,这是妨碍其大规模商业化的障碍之一。

(资料来源:自然科学期刊)

然而,牛津大学法拉第研究所的研究人员已采取措施了解固态电池失效的机理(避免此类失效的必要预防措施)。当电池正在充电时,在锂离子还原过程中形成的锂枝晶是枝晶,其继续通过固体,陶瓷和电解质扩散,导致电池短路。

很久以前,研究人员知道固态电池的阳极产生了孔隙,但这种孔隙在枝晶形成中的作用尚未被人们所了解。该研究结合了尖端的电化学和成像技术,以了解孔隙形成在细胞周期中的作用以及孔隙在细胞树突生长和电池失效中的作用。

研究固态电池的科学家面临两个挑战:1。当电池在充电和不充电状态之间循环时,有必要防止枝晶生长。 2.固体电解质和锂阳极(带负电的电极)在放电期间形成孔,导致电池的两个部分之间的接触面积减小。

使用具有两个公共电极的电池难以区分锂电镀和锂剥离。因此,本研究的研究人员使用三极电池研究锂金属/陶瓷界面的锂电镀和锂剥离的循环。 Li6PS5Cl作为固体电解质的效果和使用,这种硫化物的电导率高于氧化物的电导率,并且一些试图使固态电池商业化的公司将它们用作电解质。该硫化物比其他高导电性硫化物脆弱。

研究人员发现,如果要在固态电池中形成树枝状晶体,则必须在锂离子剥离过程中控制临界电流密度(即孔开始形成的临界电流密度)下的电池周期。 (CCS)过程。即使电流密度低于在锂电镀期间形成枝晶的阈值,也是如此。当电流密度大于CCS处的电流密度时,孔隙在电池循环中累积,并且固体电解质的接触面积相应地减小,导致局部电流密度增加,直到形成树枝状晶体。导致电池短路和故障。

虽然有越来越多的商用固态电池是小型的,不可充电的,例如用于心脏测试的医疗植入物。然而,电动车辆需要大规模生产的固态电池以确保它们能够在电动车辆的使用寿命期间安全地运行并且达到可接受的性能水平。在大规模生产固态电池方面仍存在相当大的挑战。

目前,用于电动车辆的锂离子电池含有易燃的有机液体电解质。在电池充电和放电期间,携带电荷的锂离子将通过电解质。这种液体具有安全隐患,并且固体电解质可以代替液体电解质以消除火灾。风险。

世界各地的科学家们正在努力开发新的电池化学品以达到一定的性能(功率密度和能量密度),因此电动汽车的驾驶体验可与内燃机相媲美。开发锂金属阳极的先决条件是消除液体电解质,这显着改善了电池性能。

(编者:HN666)

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