跳动城乡网哪些因素决定了电池的充电速度?卡尔斯鲁厄理工学院 (KIT) 的研究人员借助计算机模拟研究了这个问题和其他问题。
微观结构模型有助于发现和研究新的电极材料。当钠-镍-锰氧化物用作钠离子电池的阴极材料时，模拟结果显示充电过程中晶体结构会发生改变。这些改变会导致弹性变形，从而导致容量下降。
该研究发表在《npj 计算材料》上。
对新电池材料的研究旨在优化其性能和寿命并降低成本。减少锂和钴等稀有元素以及有成分消耗的工作也在进行中。
钠离子电池在这方面被认为非常有前途。它们的原理与锂离子电池类似，但可以使用欧洲广泛使用的原材料进行生产。它们适用于固定和移动应用。
卡尔斯鲁厄理工学院应用材料微结构建模与仿真研究所 (IAM-MMS) 组长兼该研究的通讯作者 Simon Daubner 博士表示：“层状氧化物，例如钠-镍-锰氧化物，是非常有前途的阴极材料。”在 POLiS(代表锂后存储)卓越集群中，他研究钠离子技术。
快速充电会产生机械应力
然而，这种类型的阴极材料存在一个问题：钠镍锰氧化物会根据钠的储存量而改变其晶体结构。如果材料缓慢充电，一切都会井然有序地进行。
“钠一层一层地留在材料上，就像汽车一层一层地离开停车场一样，”道布纳解释道。 “但是当充电速度很快时，钠会从各个方向被提取出来。”这会产生机械应力，可能会永久损坏材料。
来自卡尔斯鲁厄理工学院纳米技术研究所(INT)和IAM-MMS的研究人员与乌尔姆大学和巴登-符腾堡州太阳能和氢研究中心(ZSW)的科学家最近进行了模拟以澄清这一情况。
实验证实了模拟结果
“计算机模型可以描述各种长度尺度，从电极材料中原子的排列到它们的微观结构，再到作为任何电池功能单元的电池，”道布纳说。研究Na X Ni 1/3 Mn 2/3 O 2层状氧化物，将微结构模型与慢充放电实验相结合。
人们发现该材料表现出多种导致容量损失的降解机制。因此，它还不适合商业应用。
晶体结构的变化导致弹性变形。晶体收缩，可能导致破裂和容量降低。 INT 和 IAM-MMS 模拟表明，这种机械影响决定性地决定了材料充电所需的时间。 ZSW 的实验研究证实了这些结果。
这项研究的成果可以部分应用于其他层状氧化物。“现在，我们了解了基本过程，可以致力于开发持久耐用且可以尽快充电的电池材料，”Daubner 总结道。这可能使钠离子电池在五到十年内得到广泛使用。
