阿贡推光电融合新机制 加速电池充电且不降低性能

美国能源部阿贡国家实验室的研究人员开发新机制,加快电动汽车锂离子电池充电速度。只需将正极暴露在集中的光束下(如氙灯发出的白光),电池充电时间就会缩短一半或更多。

SMM网讯:据报道,美国能源部阿贡国家实验室的研究人员开发新机制,加快电动汽车锂离子电池充电速度。只需将正极暴露在集中的光束下(如氙灯发出的白光),电池充电时间就会缩短一半或更多。如果投入商用,这项技术或将改变电动汽车的游戏规则。

因为电动汽车充电时间长,或者充电站位置太远,车主们普遍存在“里程焦虑”。对于推进电动汽车普及化来说,快速充电仍然是关键挑战。现在的超级充电站通过向电池提供大电流,实现快速充电。然而,在过短的时间内输入过高电流,会降低电池的性能。

通常情况下,车用锂离子电池充电时,需要一定的时间才能完成电化学反应,包括从氧化物正极中移除锂,并将其插入石墨负极中。阿贡知名学者Christopher Johnson表示:“我们希望,在不破坏电极的情况下,输送更大的电流,从而大大缩短电荷反应时间。”

目前,锂离子电池是在黑暗状态下工作,电极被封装在壳体中。相比之下,阿贡推出光辅助技术(photo-assisted),使用透明容器,在充电时通过集中的光束照亮电池电极。研究小组制作带有透明石英窗的小型锂离子电池。然后,让白色的光从窗口照射到正极上,再测试没有白光的情况。研究人员假设,在充电过程中,白光会与典型的正极材料发生良好的相互作用,并且证实了这点。正极材料是锂锰氧化物,缩写为LiMn2O4 (LMO)。

测试结果显示,光与LMO相互作用,成为加速反应的关键因素。作为半导体材料,LMO可以与光发生反应,在充电时吸收光子,锰元素的电荷状态会从三价态变为四价态(Mn3+变为Mn4+)。因此,锂离子从正极喷射出来的速度更快,从而加快电池反应。研究小组发现,反应越快,充电速度越快,而且不影响电池性能和循环寿命。Johnson称:“测试结果显示,开灯后,电池的充电时间缩短至原来的一半。”

能源前沿研究中心Paul Fenter表示:“这是光和电池技术首次融合的结果,预示着电池创新充电概念的良好发展前景。”


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