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工程师报告说,过多的故意缺陷会导致电池阴极失效。
 
莱斯大学材料科学家唐明(音译)和研究生凯奇(音译)的最新模拟结果表明,在广泛使用的磷酸铁锂阴极中,过大的应力会使电池产生裂纹并迅速降解。
 
这项工作扩展了最近的一项研究,该研究表明,在构成阴极的粒子中加入缺陷,可以帮助锂更有效地移动,从而将电池性能提高两个数量级。
 
但该实验室随后的建模研究揭示了一个警告。在快速充放电的压力下,沐鸣快速登陆缺陷阴极有破裂的危险。
 
“传统的看法是锂均匀地进入阴极,富含锂的区域平滑地扩展到阴极的中心,”Rice布朗工程学院材料科学和纳米工程助理教授Tang说。
 
但另一个实验室的x光图像显示了其他一些东西。“他们在富锂和贫锂地区之间发现了一条手指状的分界线,就像你把水注入石油一样,”他说。“我们的问题是,这是什么原因造成的?”
 
唐说,问题的根源似乎是压力使原本平坦的边界变得不稳定,并使其变得波浪状。边界形状的变化进一步增加了应力水平,触发了裂纹的形成。唐的团队的研究表明,这种不稳定性可以通过一种叫做反位的电池化合物的常见类型的缺陷来增加,在这种缺陷中,铁原子占据了晶体中锂原子应该占据的位置。
 
“反位可能是一件好事,正如我们在上一篇论文中所展示的那样,因为它们加速了锂的嵌入动力学,”Tang说,“但在这里,我们展示了一种反效果:粒子中太多的反位会促使移动的界面变得不稳定,从而产生更多的压力。”
 
唐认为,在阴极中有一个最佳的反位数量:足以提高性能,沐鸣登录但太少而导致不稳定。他说:“你想要有一个合适的缺陷水平,这将需要一些尝试和错误,以找出如何通过退火粒子达到合适的数量。”“我们认为我们的新预测可能对实验者有用。”
 
美国能源部支持了这项研究。研究人员在德克萨斯大学德州高级计算中心和美国能源部国家能源研究科学计算中心的超级计算机上进行了模拟。