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放置晶格-在磷酸铁锂阴极的晶格中放置特定缺陷

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核心提示:通常認為如果電池陰極有缺陷,會損害電池的性能。不過,美國萊斯大學的科學家通過在陰極中放置特定的缺陷,反而能夠提升電池的充放電速率。

不過,在磷酸鐵鋰電池中,萊斯大學研究人員發現,在陰極中製造很多彎路,讓鋰離子能夠通過更寬的表面到達反應前鋒,有利於改善電池的充放電速率。

原標題:萊斯大學在陰極中添加反位缺陷 提升電池充放電速率

此類缺陷稱為「反位」缺陷(antisites),是原子被放置在晶格中的錯誤位置時形成的,例如,當鐵原子被放置在理應由鋰佔據的位置時。反位缺陷會阻礙鋰在晶格中移動,通常被認為會對電池性能造成傷害。

蓋世汽車訊據外媒報道,美國萊斯大學布朗工程學院(Rice Universitys Brown School of Engineering)的科學家發現,在磷酸鐵鋰陰極的晶格中放置特定缺陷,能夠拓寬鋰離子行進的通道。他們的理論計算表明,此種電池的性能能夠提升兩個數量級,併為改進其他電池指明了方向。

萊斯大學材料科學家Ming Tang表示,磷酸鐵鋰被廣泛用作鋰離子電池的陰極材料,而且也是一個很好的模型系統,以用於研究電池循環過程背後的物理學知識。

材料科學和納米工程助理教授Tang表示,在鋰離子插入的過程中,陰極會從貧鋰狀態變為富鋰狀態。當陰極表面反應速率非常緩慢時,鋰只能在相界附近狹窄表面區域(通道)內插入到磷酸鐵鋰中,從而會限制電池的充電速度。不過,反位缺陷能夠讓鋰更均勻地插入到表面,而邊界就會移動得更快,電池充電速度也會更快。如果通過施加大電壓讓無缺陷的陰極快速充電,就會在電池表面局部造成很高的鋰通量,可能會對陰極造成傷害,而利用缺陷能夠將鋰通量擴散到整個陰極表面。

對該材料進行熱處理,即只加熱不燃燒,能夠控制缺陷的濃度。Tang表示,此種缺陷能夠實現更大的陰極粒子,比納米晶體更大,可幫助提升電池的能量密度,減少陰極表面退化。

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