鉅大LARGE | 點擊量：203次 | 2023年11月08日
美國利用X射線斷層攝影術觀察固態鋰電池內部
據外媒報道，美國佐治亞理工學院（GeorgiaInstituteofTechnology）的一個研究小組利用X射線斷層攝影術觀察到固態鋰電池在充放電過程中，其材料的內部演變過程。該項研究獲得的詳細三維信息可幫助改進固態電池的可靠性和性能，此種電池采用了固態材料取代了現有鋰電池中的易燃液體電解質。
固態電池在佐治亞理工學院設計的定制硬件中充放電
（：佐治亞理工學院）
該種現場原位同步X射線計算微斷層攝影術成像揭示了鋰/固體電解質界面上電極材料的動態變化如何決定固態電池的行為。研究人員發現，電池運行會導致該界面上形成空洞，從而無法制造接觸，這也是電池電芯失效的重要原因。
現在，移動電子設備、電動汽車等都在廣泛采用鋰電池，此種電池依賴液體電解質，在電池的充放電循環過程中，在電極之間來回運輸離子。此種液體均勻地覆蓋在電極上，可以讓離子自由移動。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
快速發展的固態電池技術則采用了固態電解質，此種電解質能夠提升未來電池的能量密度和安全性。但是，從電極上去除鋰會在界面上造成空洞，從而影響電池的可靠性，限制了電池的使用壽命。
研究人員表示："為了解決這個問題，可以想象成通過不同的沉積工藝打造結構化界面，以在電池充放電過程中保持接觸。仔細控制和打造此類界面結構有關研發未來固態電池非常重要，我們的研究成果也有助于設計此種界面。"
用x射線斷層掃描重建的電池內鋰/固體電解質界面的3D視圖
（：佐治亞理工學院）
佐治亞理工學院研究小組在論文第一作者兼研究生JackLewis的帶領下，打造了寬約為兩厘米的特制測試電芯，然后在芝加哥附近美國能源部辦公室阿貢國家實驗室（ArgonneNationalLaboratory）的同步設施——先進光子源（AdvancedPhotonSource）進行研究。該小組的四名成員在為期5天的密集實驗中研究了電池結構的變化。
研究人員表示："該儀器會從不同方向拍攝照片，然后可以利用計算機算法重建，供應電池隨著時間推移所呈現的3D圖片。我們在電池充放電過程中，對電池變化進行成像，以將電池運行時其內部的變化實現可視化。"
由于鋰很輕，用X射線將其成像非常具有挑戰性，而且要特殊設計的測試電芯。阿貢國家實驗室采用的技術和醫學計算機斷層攝像（CT）掃描非常相似，只是不是對人成像，而是對電池成像。
不過，由于測試具有局限性，研究人員只能觀察到電池單次充放電循環中的結構變化。在未來的研究中，研究人員希望能夠在多次循環中觀察到變化，以及觀察到該結構是否適應了空洞的形成以及填充了空洞。研究人員認為，該研究成果可能適用于其他電解質設計配方，而此種表征技術能夠用于獲取其他電池工藝的信息。
電動汽車的電池必須在預計15萬英里的壽命內承受至少1000次充放電循環，而由鋰金屬電極制成的固態電池在特定尺寸下能夠供應更多的能量。但是，除非固態電池的使用壽命和現有電池相當，否則其優勢仍然無法超越現有的電池技術。
研究人員表示："我們對固態電池的技術發展前景感到非常興奮，在該領域可以實現巨大的商業和科學利益，而且該項研究獲取的信息可以推動該技術實現更廣泛的商業應用。"
