让锂离子电池更安全、更强大需要正确的配方

　　普渡大学的一个研究小组发表了一篇研究报告，研究锂离子电池活性和非活性元素之间的关系，以及它们各自成分的微观和纳米结构如何反映电池的性能和安全性。

　　该研究最近在ACSAppliedMaterials＆Interfaces杂志的封面上刊登。

　　“可再充电电池无处不在，”机械工程副教授，研究首席研究员ParthaMukherjee说。“我们可能随时随身携带两到三部便携式电子产品。但是电池本身的不同元素之间的相互作用仍然不清楚。我的研究希望弥合这一差距。”

　　在Mukherjee的实验室，能源和运输科学实验室（ETSL），研究人员研究各种形式的能源运输和储存，包括电池和燃料电池。他们使用计算机建模来提出涉及组成元素的新配置，然后在实验室中测试不同的现象。YouTube视频可通过https://www.youtube.com/watch?v=_mK_mDmhjIg获取。

　　“这就像烘烤蛋糕，”AashutoshMistry博士说。机械工程的候选人。“你应该使用多少面团？你应该放多少樱桃，这样它的味道很好？以同样的方式，我们看看这些电池电极的基本比例或配方。任何你在微观上改变的东西最终都会影响整体性能。”

　　“例如，让我们来看电动车吧，”穆克吉说。“人们对三件事感兴趣。性能：我能开多快的车？生活：在充电之前我能开多久？最后，安全问题。我们已经看到这些电池以惊人的方式公开失败，在智能手机和电动汽车中爆炸。所以，这三个方面-性能，生活和安全-都非常重要。这可能是一个棘手的平衡，让一切都正确。”

　　有时他们的实验室正在努力重现故意的失败。在一辆典型的电动汽车中，电池不是一个巨大的单元，而是数千个单独的电池连接在一起。如果失败了，附近的其他人会发生什么？对于一个测试，24个单元（大约一个砖的大小）的样本模块故意过度充电。一个细胞爆炸，导致所有细胞着火的连锁反应。

　　“一个电池内部的温度和压力非常高，它融化了金属外壳，引起火灾，”博士说。候选人丹尼尔罗伯斯，因为他拿着一个塑料袋烧焦的遗体。“在电动汽车中，有几千个这样的电池，这些电池都位于你的座位下面！这就是为什么了解这些现象的基本原理非常重要，所以我们可以防止它发生。”

　　可充电电池通常包含正电极和负电极，由“活性材料”组成以储存锂。在两个电极之间是隔膜，并且在整个过程中都有液体电解质来传输锂离子。最后，诸如导电添加剂和粘合剂（称为“第二相”）的电化学非活性材料的组合有助于塑造复合多孔电极中的物理成分并增强导电性。在已发表的研究中，Mukherjee和他的团队研究了微观和纳米尺度上的活性物质与次生阶段之间的关系-孔隙率，物理形状及其相互作用。改变任何这些特性都会导致电池整体性能的显着变化。

　　“对于理解这些复杂的相互作用，我们还处于初级阶段，”Mukherjee说。“但这是我们研究的关键。我们将微型和纳米级的发展与电池的性能，生命和安全联系起来。”

　　随着可充电电池的普及，其研究变得更加重要。“从便携式电子产品到车辆，甚至在大型电网中，电池正在被广泛使用。这是一个非常激动人心的时间来进行储能研究。”