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研究人员探讨厚电极构成对电化学反应的影响以设计更好的固态电池-热议

来源：盖世汽车时间：2023-05-26 17:46:50

(资料图)

为了提高电动汽车的功率、效率和安全性，研究人员需要开发更好的电池。

（图片来源：阿贡实验室）

全固态锂电池（SSB）采用固态电解质，具有不易燃性，在较高的温度下更加稳定，比使用电解液的传统锂离子电池更加安全。另外，SSB具有更高的能量密度，体积更小、更耐用，可用于便携式电子产品和其他应用。

据外媒报道，最近，波士顿东北大学（Northeastern University）和美国能源部阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）的研究团队对厚电极构成如何影响SSB中的电化学反应进行了测试。该团队采用高级光子源（APS）的资源，这是美国能源部位于阿贡的科学办公室用户设施。

研究人员将电池比作三明治，其中包括分别位于两侧的正、负极，以及中间的隔膜和电解液。当电池提供电力时，锂离子通过电解液从负极流向正极。SSB不需使用传统隔膜，而是通过固态电解质隔开正负极，因此需要较厚的正极。

在这项研究中，该团队评估由两种材料构成的厚正极，包括一种名为LPSC的硫化物固体电解质，以及NMC（镍、锰、钴）正极活性材料（CAM）。研究人员改变这两种材料构成，一些电池中包括80% CAM和20% LPSC，其他一些电池中包括70% CAM和30% LPSC，或者40% CAM和60% LPSC。然后，他们在APS光束线6-BM-A上使用X射线成像和散射来测量正极和固态电解质中的六个切片。

研究负责人Joshua Gallaway表示：“研究人员将正极分成片，希望所有的薄片都能发挥同样的作用。”实际上，改变正极的构成或厚度，可以改变电化学反应发生的位置。

研究人员对电池中的电化学反应进行了表征。APS物理学家Okasinski表示：“人们研究电池时，经常测量两端的功率。但是，中间有一堆复杂的结构决定了电池的性能。使用X线束穿透电池材料，研究人员可以非破坏性研究电池中各个部分的性能。”

结果显示，正极构成对电化学反应的发生过程具有重大影响。例如，在具有80% CAM正极的SSB中，最靠近负极的正极片首先发生反应，最远的薄片反应最慢。然而，在具有80% CAM正极的SSB中，最远的薄片首先发生反应，最近的薄片最后反应。Gallaway表示：“反应高度不均匀”，可能导致电池材料更快地降解。

研究人员表示，为了设计更好的电池，探讨电池内发生的反应是重要一步。这些电池可用于电动汽车、便携式电子产品和其他应用，“全固态电池的具体设计将决定其应用领域，以及未来的优化方向。”

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