“X射线用于了解电池快速充电的缺陷”

可以很好地了解快速充电是如何阻碍电池性能的。

几分钟就可以把煤气罐充满，但是给电动汽车电池充电需要更多的时间。 为了平衡竞争环境，使电动汽车更具吸引力，科学家们致力于快速充电技术。

快速充电对电动汽车至关重要，美国能源部( doe )氩气国家研究所的电池科学家丹尼尔·亚伯拉罕说。 我们想在15分钟之内给电动汽车充电。 如果可能的话，我想更早一些。

通过正确地知道锂在电极中的分布情况，可以正确地明确电池劣化的不均匀方法。 - argonne电池科学家daniel abraham

快速充电的第一个问题是锂离子从正极阴极输送到负极阳极期间发生的。 电池慢慢充电后，从阴极中提取的锂离子会慢慢插入到构成石墨阳极的碳原子平面之间——这个过程叫做嵌入锂。

但是，当这个过程加速时，锂最终会以金属的形式堆积在石墨表面，这叫做锂电镀。 亚伯拉罕说，如果发生这种情况，锂电池将无法从一个电极移动到另一个电极，因此会严重影响电池的性能。

亚伯拉罕说，这种锂金属化学还原电池的电解质，形成固体电解质的相间，这种相间束缚着锂离子。 这是因为不能在电极之间来回移动。 结果，随着时间的推移，电池中可以存储更少的能量。

为了研究锂离子在电池内的动态，亚伯拉罕与博士后研究员koffi pierre yao和argonne x射线物理学家john okasinski合作，是美国能源部科学客户设施办公室的高级光子源。 在那里，okasinski基本上通过用x射线对阳极中的锂合金化石墨的各相进行图像化来制作电池的2d图像。

根据这样的观点，研究人员可以正确地量化电池充放电中阳极不同区域的锂含量。

在这项研究中，科学家们明确了锂在快速充电条件下蓄积在接近电池隔膜的区域。

亚伯拉罕这样解释道。 “你可能只是从常识中得到这种感觉。 但是，通过正确地知道锂在电极中的分布情况，可以正确地明确电池劣化的不均匀方法。

为了选择性地观察电池的中心区域，采用了被称为能量分散型x射线衍射的技术。 研究者不是改变光束的立场到达特定的兴趣领域，而是改变入射光的波长。

通过使用x射线，argonne的科学家们能够明确石墨层中存在的晶体结构。 因为石墨是结晶材料，所以通过锂的插入，石墨晶格会膨胀到不同程度。 okasinski表示，该层的膨胀明显表现为衍射峰的不同，同时这些峰的强度赋予了石墨中的锂含量。

这项研究主要集中在小型纽扣电池上，但okasinski表示，在未来的研究中，他将能够研究更大口袋电池的锂电池电行为，包括高端智能手机和电动汽车等。

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