研究人员找到抑制锂电池枝晶生长的方法 提高其效率、安全性与寿命

研究人员找到抑制锂电池枝晶生长的方法提高其效率、安全性与寿命枝晶是锂离子电池在快速充电过程中可能出现的一种现象。当锂离子积聚在电池负极表面而不是夹杂在负极中时，就会形成一层金属锂，并持续增长成树枝形状，最终刺破隔膜，这会损坏电池，缩短其使用寿命，并导致短路，从而引发火灾和爆炸。XuekunLu博士解释说，通过优化石墨负极的微观结构，可以显著减少锂镀层。石墨负极由随机分布的微小颗粒组成，微调颗粒和电极形态以获得均匀的反应活性并降低局部锂饱和度是抑制锂电镀和提高电池性能的关键。石墨负极充电过程中的锂浓度分布用颜色表示。图片来源：XuekunLuetal/NatureCommunications"我们的研究发现，在不同条件下，石墨颗粒的锂化机制各不相同，这取决于它们的表面形态、大小、形状和取向。这在很大程度上影响了锂的分布和枝晶的倾向，"Lu博士说。"在开创性的三维电池模型的帮助下，我们可以捕捉到锂镀层何时何地开始形成，以及锂镀层的生长速度。这是一项重大突破，可能会对未来的电动汽车产生重大影响。"这项研究加深了人们对快速充电过程中锂在石墨颗粒内重新分布的物理过程的理解，为开发先进的快速充电协议提供了新的见解。这些知识可帮助实现高效的充电过程，同时最大限度地降低锂镀层的风险。除了加快充电时间外，研究还发现，改进石墨电极的微观结构可以提高电池的能量密度。这意味着电动汽车一次充电可以行驶更远的距离。这些发现是电动汽车电池开发领域的重大突破。它们可以使电动汽车充电更快、寿命更长、更安全，从而成为对消费者更具吸引力的选择。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1379241.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1379241.htm

斯坦福研发新的充电方法 可使锂电池组寿命至少延长20%

斯坦福研发新的充电方法可使锂电池组寿命至少延长20%无论哪种情况，平均单体电池的寿命比平均电池组的寿命长，而正是这些脆弱的电池使整个电池组工作效率低下。斯坦福大学Doerr可持续发展学院能源科学工程助理教授西蒙娜-奥诺里（SimonaOnori）说："如果不妥善处理，电池单元之间的异质性会损害电池组的寿命、健康和安全，并诱发电池组的早期故障，"她是一项新研究的作者，旨在使锂电池组的使用寿命更长。快速充电和放电事件对电池单元来说是一种压力，虽然它们被设计成可以承受这种压力，但这些是较弱的电池受到影响和恶化最快的时刻。因此，斯坦福大学的研究小组想知道，以同样的速度给所有电池单元充电的标准技术是否会加速电池的损坏。研究人员设计了一个计算机模型，在一个加速的时间框架内测试他们的理论，结果他们认为这是一个前所未有的模拟细节水平。他们试图准确地代表电池的物理和化学状态，以及在其整个生命周期中与一系列压力有关的变化，包括在几秒钟内发生的变化，一直到可能需要几个月或几年的其他变化。Onori说："据我们所知，以前的研究没有使用过我们创建的那种高保真度、多时间尺度的电池模型。"利用这个模型，他们进行了一些模拟，比较了标准的、设定速率的充电方法和其他方法，其中每个电池的容量作为一个指标，说明它能承受多少充电功率。这里的理论是，只有最强壮的电芯应该受到最高的压力；已经开始提前退化的电芯不管是什么原因都应该被更温和地对待，希望能延缓它们最终的衰退。该团队发现，通过单独设置每个电池的充电速率，他们可以最大限度地减少温度上升和电池退化，以至于这些电池组可以比均匀充电的电池多处理至少20%的充电/放电周期--甚至使用频繁的快速充电。但缺点也是相当明显的；如果你正在给你的电动车或手机电池快速充电，当然希望它尽可能快地充电，这样你就可以回到你正在做的任何事情上，在这样的模式下，你的电池中一定数量的电池根本不会像平时那样快速充电。如果你把你的电池看作是或多或少的一次性物品，而你的汽车是每隔几年就会被更换的东西，很多消费者不会关心他们是否在加速他们电池组的死亡，因为这是厂家和维修方的问题。电池组中的大多数电池通常情况都很好，有能力进行快速充电。因此，在这种充电模式下，在快速充电器上充电半小时后，充电状态的差别可能不会很大，如果电池可以被"哄骗"到更长的使用寿命，这对每个人来说都是更好的，因为提前更换的锂电池预计在未来几十年将对全球脱碳工作造成压力。研究人员说，他们的充电模型可以很容易地通过现有的电动汽车设计推出，或用于指导下一代电池管理系统的开发。他们还建议，同样的模型可以应用于放电周期，对较弱的电池要求较少，对较强的电池要求较多，以进一步提高任何受到高应力负载的电池组的寿命。事实上，该研究的作者之一现在在eVTOL开发商ArcherAviation担任电池研究员。"锂离子电池已经在很多方面改变了世界，"Onori说。"重要的是，我们要尽可能多地从这项变革性技术及其后续技术中得到好处。这项研究发表在《IEEE控制系统技术期刊》上。了解更多：https://news.stanford.edu/2022/11/07/longer-lasting-battery-make-cell/...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1332125.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1332125.htm

这家从哈佛分拆出来的公司希望将EV充电缩短至3分钟 电池寿命超20年

这家从哈佛分拆出来的公司希望将EV充电缩短至3分钟电池寿命超20年在成功展示纽扣大小的电池原型（可以实现3分钟充电速率，寿命周期超过10000次）之后，从哈佛大学分拆出来的AddenEnergy公司近日完成了515万美元的新一轮融资，利用这笔资金该公司进一步推进这项电池的商业化。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1316855.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1316855.htm

康奈尔大学工程师开发出可在五分钟内完成充电的新型锂电池

康奈尔大学工程师开发出可在五分钟内完成充电的新型锂电池负责监督该项目的康奈尔大学工程学院院长、工程学教授林登-阿彻（LyndenArcher）说："与其他障碍（如电池的成本和性能）相比，续航里程焦虑症是交通电气化的更大障碍。如果能在五分钟内为电动汽车电池充电，那就不再需要300英里续航里程的电池了，大可以选择更小的电池，这可以降低电动汽车的成本，使其得到更广泛的采用"。该团队的论文最近发表在《焦耳》杂志上。论文的第一作者是化学与生物分子工程专业的博士生金硕。锂离子电池是电动汽车和智能手机最常用的动力装置之一。这种电池重量轻、性能可靠，而且相对节能。然而，它们充电需要数小时，而且缺乏处理大电流浪涌的能力。研究人员发现，铟是一种特别有前途的快速充电电池材料。铟是一种软金属，主要用于制造触摸屏显示器和太阳能电池板的氧化铟锡涂层。新研究表明，铟作为电池阳极有两个关键特性：迁移能垒极低，这决定了离子在固态中的扩散速度、交换电流密度适中，这与离子在阳极中的还原速度有关。快速扩散和缓慢的表面反应动力学这两种特性的结合对于快速充电和长时间储存至关重要。"关键的创新之处在于我们发现了一种设计原理，可以让电池阳极上的金属离子自由移动，找到合适的配置，然后才参与电荷存储反应，"阿彻说。"最终结果是，在每个充电周期中，电极都处于稳定的形态状态。这正是我们的新型快速充电电池能够在数千次循环中反复充放电的原因所在。"这项技术与道路上的无线感应充电技术相结合，将缩小电池的体积和成本，使电动交通工具成为驾驶者更可行的选择。然而，这并不意味着铟阳极是完美的，甚至是实用的。阿彻说："虽然这一成果令人兴奋，因为它告诉我们如何获得快速充电电池，但铟是很重的。这就为计算化学建模提供了一个机会，也许可以利用生成式人工智能工具，了解还有哪些轻质材料的化学成分可以达到同样低的达姆克勒数。例如，是否有我们从未研究过的金属合金具有所需的特性？这就是我感到满意的地方，因为有一个普遍原理在起作用，让任何人都能设计出更好的电池阳极，实现比最先进技术更快的充电速率。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1416327.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1416327.htm

哈佛工程师介绍稳定可靠的新型固态电池：上万次循环 3分钟极速补能

哈佛工程师介绍稳定可靠的新型固态电池：上万次循环3分钟极速补能哈佛大学约翰A.保尔森工程与应用科学学院材料科学副教授XinLi实验室的工程师团队，刚刚介绍了他们新开发的一种固态电池，特点是能够经历上万次循环、且充电速度短至仅三分钟。这项革命性的技术，为其初创企业AddenEnergy,Inc.带来了哈佛大学技术开发办公室的独家资助，以开发可用于未来电动汽车、性能优异且可靠的改进款固态电池。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1315671.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1315671.htm

锂电池之父John Goodenough去世 享年100岁

锂电池之父JohnGoodenough去世享年100岁2019年诺贝尔化学奖的三位得主，最左古迪纳夫他还是美国国家工程院、美国国家科学院、法国科学院和西班牙皇家学会的院士成员。正因他的努力，锂电池才会迅速走向市场，也促成了智能手机、笔记本电脑、电动汽车等行业的快速发展。“足够好”先生回顾古迪纳夫的一生，堪称传奇。因为名字是Goodenough（直译：足够好），古迪纳夫也被网友称为“足够好”先生。“足够好”先生出生于1922年，21岁考上耶鲁，刚开始学文，但由于从小患有阅读障碍，后面改学物理学，中途还学过一段时间哲学，毕业时获得数学学士。二战后，他又考上了芝大物理系研究生，他选择了Zener（美国著名应用物理学教授）当导师，Zener的开场白是，“现在你有两个问题。第一个问题是找到一个问题。第二个问题是把它解决掉。祝好运。”于是他选了凝聚态材料。30岁时，他在芝加哥大学获得了物理学博士学位，后来成为麻省理工学院林肯实验室的研究科学家，他的第一个项目是开发SAGE防空计算机的内存核心，这是第一个随机存取存储器（RAM）。后来由于预算被砍，54岁的他跳槽，重新找了份工作。1976年，他成为牛津大学的教授和无机化学实验室的负责人，也就是从那时开始，“足够好”先生开始真正钻研电池，让他在54岁的年纪，开始了一项改变世界的研究。“锂电池之父”诞生1979年，古迪纳夫和合作者开发了一种电池，在氧化钴层之间有一个锂离子阴极。该电池的电位为4伏，而其它电池的电位仅为2.5伏。早期的锂电池用金属锂作为电极材料，使用时极易发生燃烧和爆炸。因为早前锂电池都是一开始设计的就是满电状态，也就是说正极材料不含锂，负极必须含锂。电池生产出来就是“满电”，也就是现在的一次性锂电池。为解决这一问题，1980年，古迪纳夫与日本学者水岛公一等人，突破性发明了锂离子电池的阴极材质钴酸锂（LiCoO2），这样一来，电池生产出来是“没有电”的状态，需要先充了才能用。新电池不但从根本原理上解决了锂金属的致命问题，还不再需要条件苛刻的负极材料制造环境。正是这个转变，让锂电池开始真正走向大众市场。1991年，索尼采用古迪纳夫理论，制作出了世界上第一款商用锂电池。从此，手机、照相机、手持摄像机乃至电动汽车以及航空航天等领域陆续进入便携式新能源电池的时代。今天的锂离子电池至少价值350亿美元，但古迪纳夫没有拿到一分钱。他本人对此表示，“反正我做这个的时候也不知道会这么值钱，我只知道这是件我应该做的事情。”2017年，当时94岁的古迪纳夫，又打造出“全固态”（all-solid-state）概念的锂电池。在学术界，古迪纳夫可以说是泰斗级存在，他的门生遍布全球，国内不少学者都是他的弟子。2018年，古迪纳夫接受媒体采访时表示，“我还想解决汽车的问题，想让汽车尾气从全世界的高速公路上消失，我希望死前能看到这一天。”如今电动车渗透率越来越大，已经有了取代燃油车的趋势，这应该也是“足够好”先生乐意看到的。电化学里程碑式大师，就此别过了。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1367471.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1367471.htm