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x射线成像,断层CT扫描固态电池

时间: 2019-12-27
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x射线成像,断层CT扫描固态电池

固态电池是一种全新的电池设计,它使用了所有的固态元件,近年来受到了人们的关注,因为固态电池在储存更多能量的同时,还能避免液态电池所面临的安全挑战。但制造一种持久耐用的固态电池,说起来容易但做起来难。

现在,佐治亚理工学院研究人员已经使用x射线计算机断层扫描(CT)来实时观察电池中材料之间的界面边缘是如何形成裂缝。这些发现可以帮助研究人员找到改进储能设备的方法。


x射线成像,断层CT扫描固态电池


其研究成果发表在《美国化学学会能源通讯》(ACS Energy Letters)上。在这项研究中,研究团队制造了一种固态电池,其中一个固态陶瓷圆盘夹在两片固态锂之间,陶瓷盘取代了传统的液体电解质。弄清楚如何把这些坚固的部件组装在一起,并在很长一段时间内保持良好的性能,是一项挑战。正在研究如何设计这些固体部件之间的接口,让它们尽可能长时间地使用。在与乔治亚理工大学乔治w伍德拉夫机械工程学院助理教授、x射线成像专家Christopher Saldana的合作下:


x射线成像,断层CT扫描固态电池


研究人员将电池置于x射线显微镜下,对其进行充电和放电,寻找表明电池退化的物理变化,在几天的过程中,圆盘上慢慢地形成了网状裂纹。这些裂纹就是问题所在,并伴随着金属锂和固体电解质之间相间层的生长而出现。研究人员发现,这种断裂在循环过程中会导致对离子流动的阻力。这些都是在界面上发生的不需要的化学反应,人们通常认为这些化学反应是导致退化的原因。

x射线成像,断层CT扫描固态电池


解决压裂问题可能是开启固态电池潜能的第一步,包括其高能量密度。研究人员指出,观察到的电池老化可能会影响其他类型的固态电池,因此,研究结果可能会导致设计出更耐用的接口。在普通的锂离子电池中,使用的材料决定了可以储存多少能量,纯锂的容量最大,但它与液态电解质的配合并不好。但如果能将固态锂与固态电解质结合使用,那将是能量密度研究的圣杯。

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