阿贡国家实验室科学家发现了电池不能快速充电的另一个原因

　　BY
　　JARED SAGOFF|
　　DECEMBER 2, 2021
　　Researchers find new issue complicating fast charging.
　　俗话说得好，欲速则不达。这句箴言对于电池来说尤其适用，因为一项新研究试图找出导致电动汽车快速充电锂离子电池性能下降的原因。
　　这张图显示了锂离子(绿色)在石墨阳极中的嵌入。(图片来源:阿贡国家实验室)
　　在美国能源部(DOE)阿贡国家实验室的一项新研究中，科学家们发现了电池在充放电过程中两个电极中的一个发生了有趣的化学行为。
　　锂离子电池包含一个带正电的阴极和一个带负电的阳极，它们被一种叫做电解质的物质隔开，这种物质可以在两者之间移动锂离子。这些电池的阳极通常由石墨制成，许多铅笔中也含有这种材料。然而，在锂离子电池中，石墨是由小颗粒组装而成的。在这些粒子内部，锂离子可以插入它们自己，这一过程被称为嵌入。当插入正确时，电池能够成功充放电。
　　然而，当电池充电过快时，插电就成了一个棘手的问题。锂离子不是平滑地进入石墨，而是倾向于聚集在阳极表面的顶部，导致＂电镀＂效应，可能会对电池造成终端损坏——没有双pun的意思。
　　该研究的作者之一、阿贡电池科学家丹尼尔·亚伯拉罕说:＂在快速充电过程中，电镀是导致电池性能下降的主要原因之一。＂＂当我们快速给电池充电时，我们发现除了阳极表面的电镀外，电极孔内也有反应产物的堆积。＂结果，阳极本身经历某种程度的不可逆膨胀，损害电池性能。
　　利用一种叫做扫描电子纳米衍射的技术，亚伯拉罕和他来自伊利诺伊大学香槟分校的同事们观察到了石墨颗粒的另一个显著变化。在原子水平上，由于重复快速充电，粒子边缘的石墨原子晶格发生扭曲，阻碍了嵌入过程。他说:＂基本上，我们所看到的是石墨中的原子网络变得扭曲，这阻止了锂离子在粒子内部找到它们的‘家’——相反，它们会镀在粒子上。＂
　　亚伯拉罕说:＂我们给电池充电的速度越快，阳极的原子无序程度就会越高，这最终会阻止锂离子来回移动。＂＂关键是找到防止这种组织丢失的方法，或者以某种方式修改石墨颗粒，以便锂离子可以更有效地插入。＂
　　基于该研究的一篇论文发表在10月8日的《电化学学会杂志》上，题为《快速充电锂离子电池阳极的多长度尺度表征揭示了石墨粒子边缘的无序增加》。
　　除了亚伯拉罕，这项研究的其他作者还包括阿尔贡的马尔科-图利奥·罗德里格斯，以及伊利诺伊大学厄本那-香槟分校的左建民和Saran Pidaparthy。这项研究是由美国能源部科学办公室资助的，Pidaparthy的研究是由科学研究生研究办公室(SCGSR)项目资助的，该项目旨在让研究生为能源部使命中至关重要的STEM职业生涯做好准备。
　　阿贡国家实验室寻求解决紧迫的国家科学和技术问题的方法。作为美国第一个国家实验室，阿尔贡在几乎每一个科学领域都进行着前沿的基础和应用科学研究。阿贡的研究人员与来自数百家公司、大学以及联邦、州和市机构的研究人员密切合作，帮助他们解决具体问题，提高美国的科学领导地位，为国家的美好未来做好准备。Argonne公司的员工来自60多个国家，由芝加哥大学Argonne有限责任公司为美国能源部科学办公室管理。
　　美国能源部科学办公室(Office of Science)是美国物理科学基础研究的最大单一支持者，并正在努力解决我们这个时代最紧迫的一些挑战。欲了解更多信息，请访问https:// ener energy .gov/ s c ience。
　　Scientists identify another reason why batteries can’t charge in minutes | Argonne National Laboratory (anl.gov)