“电池的最详细的X射线像尚未揭示为什么它们仍然不够好”

电动汽车依赖高端智能手机、笔记本电脑和大部分电子产品的锂离子电池技术。

但是，这项技术的改进速度极其缓慢。 电动汽车不仅可以解决美国人平均每天的通勤时间，而且平均的燃气动力汽车可以在满箱的油箱上走得更远，充电站少，给电池充电所需的时间比加满油箱要长得多。

为了提高锂离子电池的充电容量，提高电动汽车的使用率，行业必须回到电池如何随时间磨损的基础科学上来。

多学院的研究小组已经开发出锂离子电池电极最全面的视图，其中大部分损伤一般发生在重复充电中。 研究人员表示，制造商可以利用这些消息，为高端智能手机和汽车设计更可靠、更持久的电池。

普渡大学机械工程助理教授赵克杰说，知识的创造比处理电池电极的损伤问题更有价值。 以前，人们没有理解这个问题的技术和理论。

该技术在期刊先进的能源材料和力学与物理学杂志上进行了说明，它本质上是由人工智能驱动的x射线工具。 可以利用机器学习算法自动扫描锂离子电池电极中的数千个粒子。 到构成粒子本身的原子。

当然，电池的电极实际上有数百万个粒子。 但是，研究人员现在可以比以往更彻底地分解。 同时，我们在现实世界中采用商用电池的各种操作条件，如电压窗和充电速度。

大部分业务集中在单一粒子层面，利用这个分解了解整个电池。 但那里明显有差别； 微米级的各个粒子和更大规模的电池整体之间有很大的差异，赵先生说他的实验室研究了电池在机械和电化学方面如何相互影响的基础科学。

每次电池充电时，锂离子都会在正极和负极之间来回移动。 这些离子与电极中的粒子相互作用，随着时间的推移破裂、分解。 如果电极破损，电池的充电容量会下降。

赵先生说，电池不容易，具有高容量和可靠性。 增加电池容量一般意味着牺牲可靠性。

研究人员在制定锂离子电池损伤方面的工作，从发现电池粒子不能分解，也发生在同一个地方开始，有些粒子比其他粒子失败得早。

但是，为了更详细地研究这些，团队需要完全创造新的技术。现有的方法无法完全捕捉到电池电极的损伤。 youtube/watch可以做吗？ v=cdskb57st8s将获取youtube视频。

研究者们转移到了欧洲同步辐射装置( esrf )和slac国家实验室斯坦福同步辐射光源( ssrl )的大型、长达数英里的同步加速器设施。 这些设施中容纳了以大致光速前进的粒子，可以发出用于生成被称为同步加速器x射线的图像的放射线。

弗吉尼亚理工大学的研究人员制造了从高端智能手机口袋电池到手表纽扣电池的测试材料和电池。 esrf和ssrl的研究者创造了一次扫描尽可能多的这些电池内的电极粒子的能力，生成了这些x射线图像用于分解。 粒子表面的粒子破裂和分解图被称为界面剥离，现在可以作为了解电池电极损伤程度的参考工具。

为了了解这些裂缝如何影响电池的性能，赵在普渡大学的团队开发了理论和计算工具。 例如，发现锂离子来往的地方(称为隔膜)比电极材料底部附近的粒子更常用，因此更早发生故障。

这种电极粒子的损伤和异质分解的偏差在厚电极和快速充电条件下更为严重。

电池的容量不取决于电池里有多少粒子重要的是锂离子的采用方法，赵说。

考虑到个别研究者和领域的参与者并不采用这项技术本身，特别是美国只有少数几个同步加速器，这个项目的目标是让这些团队采用从这项技术中产生的知识。 研究人员计划继续采用该技术记录破损的发生情况，从而影响商用电池的性能。

这项事业得到了许多实体的支持，包括美国能源部和国家科学基金会。

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