快充作為電動汽車使用者的“剛需”正在變的越來越受重視，聚焦于此，國內(nèi)外的技術(shù)研發(fā)團隊都在加大在領(lǐng)域的投入。
快速充電對于電動汽車來說非常重要，“美國能源部(DOE)阿貢國家實驗室的電池科學(xué)家Daniel Abraham表示：“通過準(zhǔn)確了解鋰在電極中的分布情況，我們能夠準(zhǔn)確地確定電池老化的不均勻方式?！?
快速充電的主要問題發(fā)生在鋰離子從正極傳輸?shù)截?fù)極期間。如果電池緩慢充電，從正極提取的鋰離子逐漸在構(gòu)成石墨負(fù)極的碳原子平面之間自我插入-這一過程稱為鋰嵌入。
但是當(dāng)這個過程加速時，鋰最終會沉積在石墨表面作為金屬，這被稱為鋰沉積。“當(dāng)發(fā)生這種情況時，電池的性能會受到嚴(yán)重影響，因為鋰沉積不能從一個電極移動到另一個電極?！盇braham說。
根據(jù)Abraham的說法，這種鋰金屬會化學(xué)還原電池的電解質(zhì)，導(dǎo)致形成固體電解質(zhì)的相間，這種相間會束縛鋰離子，因此它們不能在電極之間穿梭。結(jié)果，隨著時間的推移，電池中可以存儲更少的能量。
為了研究鋰離子在電池內(nèi)的運動，Abraham與博士后研究員Koffi Pierre Yao和Argonne X射線物理學(xué)家John Okasinski合作，在美國能源部科學(xué)用戶設(shè)施辦公室的高級光子源。在那里，Okasinski基本上通過使用X射線對負(fù)極中的鋰化石墨的每個相成像來創(chuàng)建電池的2D圖像。
通過這種方式，研究人員能夠精確量化電池充電和放電過程中負(fù)極不同區(qū)域的鋰含量。在這項研究中，可以確定鋰在快速充電條件下積聚在靠近電池隔板的區(qū)域。
Abraham解釋說：“你可能只是從常識中得到這種感覺。但是通過準(zhǔn)確了解鋰在電極中的分布情況，我們能夠準(zhǔn)確地確定電池老化的不均勻方式?！?
為了有選擇地看到電池核心區(qū)域，研究人員使用了一種稱為能量色散X射線衍射的技術(shù)。研究人員不是改變光束的角度來到達(dá)特定的感興趣區(qū)域，而是改變?nèi)肷涔獾牟ㄩL。
通過使用X射線，Argonne的科學(xué)家們能夠確定石墨層中存在的晶體結(jié)構(gòu)。因為石墨是結(jié)晶材料，鋰的插入導(dǎo)致石墨晶格膨脹到不同程度。Okasinski說，這種層的膨脹作為衍射峰的差異是顯著的，并且這些峰的強度給出了石墨中的鋰含量。
雖然這項研究主要集中在小型紐扣電池上，但Okasinski表示，未來的研究可以研究更大的如智能手機和電動汽車電池中的鋰電行為。
