Новое исследование находит способы подавить литиевую пластину

Лондонский университет королевы Марии

изображение: Распределение концентрации лития показано цветами во время процесса зарядки графитового отрицательного электрода.посмотреть больше

Фото: Сюекун Лу и др./Nature Communications.

Новое исследование, проведенное доктором Сюекун Лу из Лондонского университета королевы Марии в сотрудничестве с международной командой исследователей из Великобритании и США, позволило найти способ предотвратить образование литиевых покрытий в аккумуляторах электромобилей, что может привести к сокращению времени зарядки. Статья была опубликована в журнале Nature Communications.

Литиевое покрытие — это явление, которое может возникнуть в литий-ионных батареях во время быстрой зарядки. Это происходит, когда ионы лития накапливаются на поверхности отрицательного электрода батареи, а не интеркалируются в него, образуя слой металлического лития, который продолжает расти. Это может повредить батарею, сократить срок ее службы и вызвать короткое замыкание, которое может привести к возгоранию и взрыву.

Доктор Сюэкун Лу объясняет, что литиевое покрытие можно значительно уменьшить за счет оптимизации микроструктуры графитового отрицательного электрода. Графитовый отрицательный электрод состоит из хаотично распределенных крошечных частиц, и точная настройка морфологии частиц и электрода для обеспечения гомогенной реакционной активности и снижения локального насыщения литием является ключом к подавлению литиевого покрытия и улучшению производительности батареи.

«Наше исследование показало, что механизмы литиирования частиц графита различаются в разных условиях, в зависимости от морфологии их поверхности, размера, формы и ориентации. Это в значительной степени влияет на распределение лития и склонность к литиевому покрытию», — сказал доктор Лу. «С помощью новаторской 3D-модели батареи мы можем определить, когда и где начинается образование литиевого покрытия и насколько быстро оно растет. Это значительный прорыв, который может оказать серьезное влияние на будущее электромобилей».

Исследование дает новое представление о разработке усовершенствованных протоколов быстрой зарядки за счет улучшения понимания физических процессов перераспределения лития внутри частиц графита во время быстрой зарядки. Эти знания могут привести к эффективному процессу зарядки, минимизируя при этом риск литиевого покрытия.

В дополнение к более быстрому времени зарядки исследование также показало, что улучшение микроструктуры графитового электрода может улучшить плотность энергии аккумулятора. Это означает, что электромобили смогут путешествовать дальше на одном заряде.

Эти открытия являются крупным прорывом в разработке аккумуляторов для электромобилей. Они могут привести к созданию более быстрых, долговечных и безопасных электромобилей, что сделает их более привлекательным вариантом для потребителей.

Природные коммуникации

10.1038/s41467-023-40574-6

Многомасштабная динамика зарядки и нанесения покрытия в графитовых электродах. Совместная операндо-микроскопия и моделирование фазового поля.

24 августа 2023 г.

Отказ от ответственности: AAAS и EurekAlert! не несут ответственности за достоверность пресс-релизов, публикуемых на EurekAlert! содействующими учреждениями или за использование любой информации через систему EurekAlert.