由能源部(DOE)布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)合作發(fā)現(xiàn)鋰離子電池是一種意外現(xiàn)象，鋰離子電池是用于手機(jī)和電動汽車的最常見電池。當(dāng)模型電池產(chǎn)生電流時，科學(xué)家目睹了單個納米粒子內(nèi)部鋰的濃度在某個點(diǎn)發(fā)生了反轉(zhuǎn)，而不是不斷增加。這一發(fā)現(xiàn)于1月12日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上，是朝著改善消費(fèi)電子產(chǎn)品電池壽命邁出的重要一步。

“如果你有一個手機(jī)，你可能需要將其充電電池的每一天，由于電池的電極的能力有限，”以斯帖竹內(nèi)，在石溪大學(xué)紐約州立大學(xué)杰出教授，首席科學(xué)家在能源科學(xué)局說在布魯克海文實(shí)驗(yàn)室。“這項(xiàng)研究的發(fā)現(xiàn)可以幫助開發(fā)更快，持續(xù)時間更長的電池。”

可視化納米級電池

每個鋰離子電池內(nèi)部都有一些粒子，這些粒子的原子排列成格子狀，這是一種周期性結(jié)構(gòu)，原子之間存在間隙。當(dāng)鋰離子電池供電時，鋰離子流入原子晶格中的空位。

Brookhaven可持續(xù)能源技術(shù)部的科學(xué)家張偉說：“以前，科學(xué)家認(rèn)為鋰的濃度會不斷增加。” “但是現(xiàn)在，我們已經(jīng)看到，當(dāng)電池的電極由納米級顆粒制成時，情況可能并非如此。我們觀察到納米顆粒局部區(qū)域中的鋰濃度先升高后降低，然后反轉(zhuǎn)。”

電極通常由納米顆粒制成，以增加電池的功率密度。但是，由于觀察它們工作的能力有限，科學(xué)家們無法完全了解這些電極的功能?，F(xiàn)在，借助獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)工具組合，科學(xué)家們能夠?qū)崟r成像電極內(nèi)部的反應(yīng)。

這項(xiàng)研究的負(fù)責(zé)人，布魯克海文市可持續(xù)能源技術(shù)部的科學(xué)家，科學(xué)家王峰說：“就像海綿吸收水一樣，我們可以看到鋰的整體含量在納米級顆粒中不斷增加。” ，鋰可能會優(yōu)先移出某些區(qū)域，從而在整個晶格中產(chǎn)生不一致水平的鋰。”

科學(xué)家解釋說，鋰的不均勻運(yùn)動會產(chǎn)生持久的破壞性影響，因?yàn)殇嚂o電池中活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)并導(dǎo)致疲勞失效。