“研究人员开发新型拉伸电极 提高电池的存储容量和寿命”

根据世界汽车信息，目前在电动汽车、电子设备等行业中，电池被广泛使用，有望成为可持续的能源存储选项。 大家都知道，每天给电池充电，其功能就会逐渐衰退。 最终更换这些电池不仅要花很多钱，还会消耗稀土资源。

(图片来源: Viterbi学校)

据外国媒体报道，导致电池寿命缩短的重要因素是电池结构的完整性在恶化。 为了防止结构的恶化，工程化学研究所的研究小组希望通过“拉伸”电池材料，能够在不引起结构疲劳的情况下重复循环。 该研究由该校航空空航天机械工程wise gabilan助理教授ananya renuka-balakrishna、该校博士生delin zhang、布朗大学brian sheldon教授的团队领导进行。

一般来说，在电池充放电过程中，离子反复插入电极中和脱离，扩张电极晶格进行压缩。 随着时间的推移，在电极材料中，这些体积变化逐渐产生微裂纹、裂纹和缺陷，最终引起结构退化，电池容量下降，必须更换新电池。

为了阻止这一点，研究者们提前拉长了这些插层电极。 通过根据初始应力状态的变化调节相变电压，电极更具有弹性，破坏或非晶化(失去其结晶特性)的现象得到改善。

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电池材料的物理形状发生变化时，会发生相变。 这是日常充电和采用时的膨胀和压缩循环造成的。 这些相变容易引起电极的结构劣化，特别是在重复该过程的情况下。 为了使电池长时间有效地工作，相位可逆性很重要。 renuka-balakrishna说:“只要确保材料保持其结晶形态，就能够充分提高可逆性。 在一定的电压下，从一相变为另一相，材料就会变成粉状，不利于电池的高效运转。 ”

为了在电池材料在能源景观之间循环往复时保持结晶状态，通过引入初始应力状态改变了材料的结构。 zhang说:“通过在充电和放电之前拉伸电极，改变着电极从充电状态到放电状态的能量景观。 初始应变可以降低这些转变的能垒，防止有害晶格变形的发生，防止材料失效。 这种能源景观的变化有助于防止微裂纹和裂缝的产生，保护电池的可持续性和储存能力。 ”

另外，通过拉伸电极，电池可以在更宽的电压窗中工作，提高储能能力。

现代储藏面临的挑战

研究人员表示，储能行业的首要热点之一是摆脱电池常用的可燃性液体电解质，将其放入固体材料中。 众所周知，随着时间的推移，固体物体会反复受到压迫而损伤。 一旦出现裂缝，表面的两侧就不再接触。 对于电池来说，这引起了简单的机械问题，没有连接，所以不容易向材料中输送离子。

zhang指出，为了开发更安全、更可持续的电池，正在努力应对这一机械挑战。 研究人员表示，其新奇之处在于，不是寻找新材料来延长电池的寿命，而是通过引入基本的力学概念来延长现有材料的寿命。 renuka-balakrishna说:“在电池开发的过程中，并不一定有力学概念。 工程师们可以利用zhang开发和研究的这个理论和工具，设计和改变电池材料的相对有效期。 ”

研究人员表示，延长电池的采用寿命将延长设备的采用时间，充分减少电池更换频率，从而造福电子设备和电动汽车的客户。 考虑到锂离子电池的价格，随着时间的推移，将为客户节省大量成本。 另外，可持续能源存储是减少和削减废电池的重要组成部分。 研究人员希望通过这项事业，开辟新的研究途径，提高材料的可逆性。