與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比，固態(tài)電池的充電速度更快，續(xù)航里程更長(zhǎng)，使用壽命更長(zhǎng)，可以在電動(dòng)汽車中發(fā)揮重要作用可是，由于目前有限的制造和材料加工技術(shù)，固態(tài)電池容易退化據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，研究人員發(fā)現(xiàn)了一個(gè)導(dǎo)致電池退化的隱藏缺陷接下來(lái)，將針對(duì)這些缺陷設(shè)計(jì)材料和技術(shù)，生產(chǎn)下一代電池

在固態(tài)電池中，帶電粒子在固體材料中運(yùn)動(dòng)在傳統(tǒng)的鋰離子電池中，離子在液體中運(yùn)動(dòng)根據(jù)這一新發(fā)現(xiàn)，雖然固態(tài)電池具有優(yōu)勢(shì)，但固態(tài)材料的局部變化或微小缺陷都會(huì)導(dǎo)致電池磨損或短路

普林斯頓大學(xué)安德林格能源和環(huán)境中心的研究員凱爾西·哈澤爾說(shuō):如果你想讓離子在空間的每一點(diǎn)都以相同的速度移動(dòng)，那么使用均勻的材料就很重要。

研究人員利用阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的高科技工具，檢測(cè)和跟蹤電池中納米級(jí)材料在實(shí)際充放電時(shí)的變化研究團(tuán)隊(duì)代表普林斯頓工程，范德堡大學(xué)，阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，討論了電池固體電解質(zhì)中由晶體組成的粒子這是電池的核心部分，電荷通過(guò)固體電解質(zhì)移動(dòng)

電池的電能儲(chǔ)存在電極材料中，包括正極和負(fù)極當(dāng)電池釋放能量為車輛提供動(dòng)力時(shí)，帶電粒子將穿過(guò)電池到達(dá)正極或固體電解質(zhì)是正負(fù)電極之間離子的移動(dòng)路徑?jīng)]有電解質(zhì)，離子就不能在正負(fù)電極之間移動(dòng)并儲(chǔ)存能量

在固態(tài)電池中，電解質(zhì)通常是陶瓷或致密玻璃使用固體電解質(zhì)的固態(tài)電池可以使用鋰金屬等能量密度更高的材料，使電池更輕，更小對(duì)于電動(dòng)汽車等交通應(yīng)用，重量，體積和充電容量是關(guān)鍵因素此外，固態(tài)電池比其他類型的電池更安全，更不容易著火

以前研究人員認(rèn)為固態(tài)電池的電解液容易降解，而且似乎降解是隨機(jī)的在這項(xiàng)研究中，研究人員懷疑固態(tài)電池的退化不是隨機(jī)的，而是由電解質(zhì)中晶體結(jié)構(gòu)的變化引起的為了探索這一假設(shè)，研究人員使用阿貢實(shí)驗(yàn)室的同步加速器，借助強(qiáng)大的X射線觀察電池的運(yùn)行狀態(tài)用X射線成像和高能衍射在埃尺度上研究了石榴石電解質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)因此，研究人員可以從晶體層面研究石榴石的變化

石榴石電解質(zhì)由顆粒積木組成在單一電解質(zhì)中幾乎有30，000種不同的顆粒研究人員發(fā)現(xiàn)，在這3萬(wàn)個(gè)顆粒中，主要有兩種結(jié)構(gòu)排列可以以不同的速度移動(dòng)離子此外，Hatzell表示，這些不同的形式或結(jié)構(gòu)可能會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力梯度，導(dǎo)致離子向不同方向移動(dòng)，或者使離子遠(yuǎn)離細(xì)胞部分

研究人員認(rèn)為，電池中帶電離子的運(yùn)動(dòng)就像水順流而下，遇到巖石后再改變方向有大量離子通過(guò)的區(qū)域往往具有較高的壓力Hatzell說(shuō):如果讓所有的離子都通過(guò)一個(gè)區(qū)域，會(huì)導(dǎo)致電池的快速退化為了建造一個(gè)可以持續(xù)數(shù)千次充電循環(huán)的電池，需要控制電解液中離子運(yùn)動(dòng)的位置和方式

通過(guò)制造技術(shù)和添加少量不同的化學(xué)物質(zhì)，可以控制顆粒的一致性，從而穩(wěn)定電解液中的晶體形態(tài)研究人員表示，關(guān)于如何避免異質(zhì)性，有許多未經(jīng)驗(yàn)證的假設(shè)當(dāng)然，這是有挑戰(zhàn)性的，但也不是不能解決

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