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研究發現:“有缺陷”竟能提升鋰電池性能?
來源:技術質量管理部 日期:2020-03-13 訪問次數: 字號:[ ]

人們都喜歡完美,但出人意料的是,有時有缺憾反而會更好。

近日,萊斯大學(Rice University)布朗工程學院(Brown School of Engineering)的科學家們發現,在磷酸鐵鋰陰極的晶格中放置特定缺陷,可以拓寬鋰離子的通道。

他們的理論計算可以提高兩個數量級的性能,并為其他類型電池的類似改進指明方向。

這些缺陷被稱為反位,是當原子被放置在晶格的錯誤位置時形成的——也就是說,當鐵原子位于鋰應該占據的位置時。

反位缺陷阻礙鋰在晶格內的移動,通常被認為對電池性能有害。

然而,以磷酸鐵鋰為例,研究人員發現它們在陰極內部制造了許多彎路,使鋰離子能夠在更寬的表面到達反應前沿,這有助于提高鋰離子電池的充放電率。

這項研究發表在自然雜志《計算材料》(Computational Materials)上。

“如果沒有缺陷,鋰只能進入相位邊界附近的這個小區域,”材料科學和納米工程助理教授Tang說。

“然而,反位缺陷可以使鋰離子在鋰離子表面上的插入更加均勻,因此鋰離子界面移動更快,電池充電也更快。”

他說:“如果你施加一個大電壓,迫使沒有缺陷的陰極快速充電,那么在陰極表面就會有一個非常高的局部鋰通量,這可能會對陰極造成損害。”

“對于像鋼鐵和陶瓷這樣的結構材料,人們一直在利用缺陷來使材料更堅固,”他說,“但我們還沒有過多地討論利用缺陷來制造更好的電池材料。”

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