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      揚州晶華新能源科技有限公司:老美打造單晶電極

      2020-06-29

          揚州晶華新能源科技有限公司專業生單晶電池、多晶電池、黑硅電池組件等光伏設備!

          科學博物館展出的鉆石和水晶令人賞心悅目,其幾何形狀和顏色令人炫目,原因在于此類物體的原子排列極其有序。對于電池電極中的晶體材料而言,微觀結構的有序排列對于電池充放電過程中,電極內的離子傳輸具有實際意義。

          據外媒報道,美國能源部阿貢國家實驗室(the U.S. Department of Energy’s Argonne National Laboratory)打造并測試了一種單晶電極,有望為全球的電動汽車、消費電子產品和其他應用研發先進電池。美國西北大學(Northwestern University)和芝加哥伊利諾伊大學(the University of Illinois)的研究人員也參與了該項目。

          先進電池中的電極材料是“多晶”材料,因而具有多個方向不同的晶體區域。由于多晶電極的制造相對簡單,過去科學家們一直將電池研究的重點放在如何對此類材料進行實驗,因為此類材料雖然結構有序,但是充滿了各種各樣的缺陷,往往會影響到電池性能。

          該研究團隊選擇了正處于研發中的鈉離子電池(與現有的鋰離子電池形成競爭)作為模型系統,以研究單晶陰極。此類電池具有吸引力的主要原因在于,鈉元素比鋰離子電池中的鋰儲量要豐富得多。

          該團隊制備了鈉-氧化銥(Na2IrO3)單晶體,并將其作為小型測試電池的陰極材料。為了對比,研究人員還測試了具備多晶陰極材料的類似電池。利用阿貢實驗室的科學設備,特別是DOE科學用戶設備辦公室的先進光子源(Advanced Photon Source,APS),研究人員確定電池處于不同充放電狀態時,晶體結構中每個原子的確切位置。

          研究人員對測試電池充放電循環過程中陰極的化學性做了大量研究,特別是,該團隊調查了超過NaIrO3端點結構預期額外容量的來源。研究人員表示:“利用我們的單晶體,我們能夠將表面效應與體效應區分開來,而在早期的多晶材料研究中此種區分并不明顯?!痹搱F隊證明,額外的容量來自于表面效應,而不是之前認為的體效應。

          改進電池設計的重要步驟就是了解電池充放電循環中,材料如何以及為什么發生變化。根據測試結果,該團隊確定了在充電過程中會形成三個不同相的化學結構,其中兩個是原先并不知道的。此外,還發現電池容量隨著充放電循環而減弱,這是因為充電時形成了一個新型有害相,在放電時,該有害相還一直存在,并隨著循環次數增加而增大。

          獲得了上述成果,未來的電池研究人員將能夠設定新型電池設計規則,合成新型、得到改進、具備所需功能的多晶材料。

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