時間:2022-03-29 09:59:23來源:
鋰電隔膜膜孔3D圖:隔膜中有13%的孔為非通孔,圖中標記為紫色,會降低電池充放電速率。
為了得到鋰電隔膜的高清內部結構圖,瑞士科學家想出了用黃油浸泡電池的創新方法。黃油可以流進電池材料里,這為認識電池內部孔的結構供應了一個極好的方法,同時可以幫助改善電池性能。
電池隔膜由聚合物多孔薄膜組成,其用途是保持正極和負極分離,同時允許鋰離子穿過。理想狀況下,鋰離子能夠自由、快速地通過。伍德認為,隔膜有很大的提升空間,因為隔膜材料在過去的50年中幾乎沒有發生大的變化。
認真地探究隔膜內部的微觀結構,可以發現在電池內部,約有70%的是固體,余下的30%是充滿電解液的孔結構。伍德團隊移除了電解液,把隔膜浸入融化的黃油里(可以商店購買),然后固化。
黃油的優勢在于在不太高的溫度下就可以流動,在常溫下可以固化。伍德說,無論是固體還是液體,黃油的體積幾乎沒有發生變化,所以它不會破壞隔膜的微觀結構。然后用嫁離子束切割填充了黃油的隔膜,隔膜層以10μm為單位一層層切除,掃描電子顯微鏡總是記錄新暴露出來的隔膜的表面,反復切割、掃描,最終構成隔膜內部的3D微觀結構。
伍德團隊發現13%的隔膜孔是封閉的。封閉的孔在充放電階段,對鋰離子的流動沒有任何的幫助。
我們發現了限制隔膜發揮用途的關鍵性因素。倫敦大學電池研究員比利吳說,為了達到快充目的,并不是要一味新增隔膜的孔隙率,重要的是要了解孔是不是通孔。我們希望對電動汽車快速充電,新增啟動速度。為了做到這一點,我們要優化材料的結構,讓鋰離子能夠更輕松的穿梭于正負極之間。接下來的挑戰將是高通孔率隔膜的制造。
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