鈉離子電池性能缺陷的發(fā)現(xiàn) 或可提升EV續(xù)航里程

鈉離子電池性能缺陷的發(fā)現(xiàn)或可提升EV續(xù)航里程隨著純電動(dòng)汽車的普及，以及家用清潔能源存儲(chǔ)的需求不斷上漲，研究人員都在尋找可替代鋰離子電池材料性能更好的電池，其中鈉離子電池脫穎而出。與鋰相比，鈉的存儲(chǔ)量更豐富成本更低。更重要的是，當(dāng)在高壓（4.5V）下循環(huán)時(shí)，鈉離子電池可以大大增加在給定重量或體積下可以存儲(chǔ)的能量。然而，隨著充放電循環(huán)，其性能下降速度過快，因此無法實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。據(jù)報(bào)道，美國(guó)能源部（DOE）阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ArgonneNationalLaboratory）的研究人員發(fā)現(xiàn)了其性能下降的一個(gè)關(guān)鍵原因：在制備陰極材料的步驟中形成的原子結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)了缺陷。這些缺陷最終會(huì)導(dǎo)致陰極發(fā)生結(jié)構(gòu)性坍塌，從而導(dǎo)致電池循環(huán)過程中性能下降。了解該原因后，電池開發(fā)人員將能夠調(diào)整合成條件，制造出性能更加優(yōu)越的鈉離子電池陰極。取得這一發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵是該團(tuán)隊(duì)依賴阿貢納米材料中心（CNM）和先進(jìn)光子源（APS）提供的世界級(jí)科學(xué)能力。憑借這些設(shè)施，我們能夠在陰極材料合成過程中實(shí)時(shí)跟蹤其原子結(jié)構(gòu)的變化。在陰極材料合成過程中，將陰極混合物在空氣中緩慢加熱到非常高的溫度，并保持一定時(shí)間，然后迅速將溫度降至室溫。研究數(shù)據(jù)顯示，在材料合成過程中迅速降低溫度后，陰極顆粒表面變得不那么光滑，并表現(xiàn)出大面積的應(yīng)變指數(shù)。數(shù)據(jù)還顯示，這些區(qū)域的推拉效應(yīng)在陰極循環(huán)過程中發(fā)生，導(dǎo)致陰極顆粒開裂和性能下降。經(jīng)過進(jìn)一步研究，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在高溫（130華氏度）或快速充電（一小時(shí)而不是10小時(shí)）下循環(huán)陰極時(shí)，這種退化會(huì)加劇。該研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于大規(guī)模制造改進(jìn)的鈉離子電池陰極非常重要。由于所涉材料量較大，比如1000公斤，因此會(huì)產(chǎn)生很大的溫度變化，除非采取適當(dāng)步驟，否則會(huì)形成許多缺陷。通過將改進(jìn)的陰陽(yáng)極相匹配，可以實(shí)現(xiàn)20%至40%的電池性能的提升。同樣重要的是，這種電池將在高壓長(zhǎng)期循環(huán)下保持這種性能。此次研究的發(fā)現(xiàn)將會(huì)提高電動(dòng)汽車的續(xù)航里程