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“有缺陷”竟能提升鋰離子電池性能?

鉅大LARGE  |  點擊量:711次  |  2021年07月16日  

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(xué)(RiceUniversity)布朗工程學(xué)院(brownSchoolofEngineering)的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),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(shù)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(yīng)當占據(jù)的位置時。


反位缺陷妨礙鋰在晶格內(nèi)的移動,通常被認為對電池性能有害。

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


這項研究發(fā)表在自然雜志《計算材料》(ComputationalMaterials)上。


“假如沒有缺陷,鋰只能進入相位邊界附近的這個小區(qū)域,”材料科學(xué)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平均,因此鋰離子界面移動更快,電池充電也更快?!?/p>


他說:“假如你施加一個大電壓,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?!?/p>

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“關(guān)于像鋼鐵和陶瓷這樣的結(jié)構(gòu)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。”


原標題:有缺陷更完美!研究發(fā)現(xiàn):“繞彎路”竟能提升鋰離子電池性能?


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