要制造更好的电池,你需要抓住它们

作者:范溅

<p>本文是构建电池未来系列的一部分我们如何创建电池,运输和工业所需的电池以及阻碍的方向</p><p>您可以阅读本系列的其他部分新兴行业,从大型储能电池到电动汽车,需要更长久的电池但是为了构建它们,我们需要更多地了解限制电池寿命的因素新工具让研究人员检查在纳米尺度上,电池在运行时帮助他们识别可能触发电池故障的内部故障高级工具,如电子显微镜和同步加速器 - 一种非常强大的光源 - 让我们看看电池在他们进入时使用高速摄像机和探测器,芯片技术和处理大量数据的能力也发挥作用这个新兴领域仍有其障碍:这些工具使用的高能X射线或电子束会干扰电池操作,通常样本量有限,因为它需要适应相对较小的仪器空间尽管存在技术挑战,但这些工具可以为我们提供重要的见解目前电池技术的局限性为了理解我们如何看待电池,首先要了解它们的部件非常重要每个锂离子电池都有一个正极和负极,以及一个分离它们的电解液</p><p>这种电解质,通常液体化学混合物,允许电荷(以锂离子的形式)流动锂离子通过电极之间的电解质扩散,这取决于电池是否正在充电或放电当对运行的电池进行成像时,可以看到这些使用材料的纳米级工艺和精确问题在实验室中,通常使用纽扣电池进行测试可以使用一系列工具以这种方式查看电池,但X射线和电子显微镜技术对于研究人员来说特别有前景为了能够看到电池内部的内容,成像光束,无论是光线,X射线还是电子束,都需要通过样品Ju st想到光线撞墙而不是窗户:如果电池太厚,X射线或电子束无法穿透传统的实验室X射线具有低能量和强度,因此不能很深地穿透到材料中来自同步加速器的X射线束具有相当高的能量并允许更深的穿透</p><p>然而,同步加速器通常是非常大的设备,难以操作和接近更常见的仪器是透射电子显微镜(TEM)TEM是显微镜与常规显微镜不同,它使用电子束代替光束</p><p>电子束可以放大超过一百万倍</p><p>但是,如果电子束通过空气,它会分散很多,你将无法看到任何事情由于这个原因,TEM的操作需要非常高的真空,这使得电子束很容易通过,不幸的是,这给研究人员带来了另一个挑战:真空使得包含液体电解质(存在于许多标准电池中)是不可能的,因为液体可能会蒸发最近,新的TEM支架已经设计成允许电池材料和液体电解质被包裹在两个电子透明窗口之间,以及通过电池材料的电流这使得可以在操作电池时以非常高的放大率创建图像这种新兴的电池研究需要解决电池中的故障特别重要的是允许的条件用于锂枝晶生长锂枝晶是微观的树状结构,可以从锂电极生长,可能使电池短路</p><p>这个过程甚至会导致电池起火,这个问题阻碍了强大的锂电极的使用初步工作已经证明可以在TEM中对锂树枝状晶体的动态生长进行成像</p><p>降解也可以是oc当锂离子被吸收和释放,电极组件溶解在电解液中以及长期腐蚀问题时,锂离子电池会因大量体积变化引入的应力而受到影响这些问题目前只是松散了解,....

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