近日，以英國電化學(xué)儲能研究機構(gòu)法拉第研究所（FaradayInstitution）為首的科學(xué)家們開發(fā)出了一種全面追蹤鋰離子電池的微觀工作過程的方法，研究小組將復(fù)雜的計算機成像和數(shù)學(xué)建模結(jié)合起來，對鋰離子電池的工作原理有了新的認(rèn)識。

科學(xué)家通過一種“虛擬展開”模型窺探了商用電池的內(nèi)部，更好地了解了其工作過程以及影響電池的降解機制。最終小組發(fā)現(xiàn)，這一追蹤過程可以為電池特性供應(yīng)一個基準(zhǔn)。

科學(xué)家說，他們的發(fā)現(xiàn)可以讓人們更全面地了解鋰離子電池的工作原理，以及隨時間而影響性能的幾種降解機制。

中子和X射線掃描顯示的鋰錳氧化物電池

中子層析成像更側(cè)重于電解質(zhì)和鋰離子在設(shè)備中的傳輸。“中子層析成像技術(shù)或許可以直接觀察鋰離子的遷移，并能確定電解質(zhì)在電池中的分布如何隨時間而變化。”

x射線計算機斷層掃描被認(rèn)為最適用于檢查如錳和鎳等較重的元素。通過掃描，研究小組能夠檢測到電極的機械降解，如開裂和脫層。研究小組還觀察到，由于鋰離子的插入，陰極在放電過程中產(chǎn)生了裂紋。

研究小組還觀察到電極的緊密纏繞使數(shù)據(jù)分析變得困難，所以他們使用了一個數(shù)學(xué)模型來“展開”這個結(jié)構(gòu)，讓研究小組能夠深入觀察電池內(nèi)部的過程，而這種技術(shù)來源于歷史學(xué)家，他們起初用此來觀察那些過于精細(xì)卻無法展開的卷軸或手稿。

分析得出的數(shù)據(jù)證明，“以前計算模型所依據(jù)的體積特性現(xiàn)在可能被空間解析的瞬態(tài)值所取代……它們將能夠更準(zhǔn)確和全面地描述電池的實際操作、降解和破壞。”

研究人員指出，他們的論文只對兩個非常相似的電池進行了分析，因此研究結(jié)果在統(tǒng)計學(xué)上可能沒有意義。但是他們希望借此改善各種電池化學(xué)電池，并提高人們對電池性能的普遍了解。

科學(xué)家表示，“我們開發(fā)的技術(shù)可以在電池運行過程中查看其內(nèi)部，并分析性能損失發(fā)生的位置和原因，再對此制定具體的戰(zhàn)略以改善電池的設(shè)計。”