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(来源:普渡官方网站)

盖世汽车新闻电动车使用的锂离子电池技术与智能手机、笔记本电脑和几乎所有电子产品一样，但这一技术的改进极其缓慢。尽管电动汽车可以满足大多数美国人的日常出行需求，但普通燃料汽车的续航里程更长。除了充电站少的问题之外，电池充电的时间比加油的时间要长得多。为了提高锂离子电池的充电能力，提高电动汽车的利用率，汽车行业不得不重新审视电池磨损的基础科学。

据国外媒体报道，几个研究所的研究人员组成了一个研究小组，对锂离子电池的电极进行了迄今为止最全面的研究。他们发现电池的大部分磨损是由反复充电造成的。研究人员表示，制造商可以利用他们获得的信息为智能手机或汽车设计更可靠、更耐用的电池。珀杜大学机械工程助理教授柯杰昭说:“有时候，创造知识比解决电池电极损坏更有价值。以前，没有相关的技术或理论来解释电池电极损坏的问题。

研究人员提出的新技术本质上是一种由人工智能驱动的x光工具。通过机器学习算法，锂离子电池电极上的数千个粒子可以一次自动扫描到组成粒子的原子。一个电池电极中有数百万个粒子。现在，研究人员可以更彻底地分析它们，包括各种模拟分析，如不同的电压窗口和充电速度。

赵的实验室研究电池如何在机械和电化学方面相互作用的基础科学。他说:“以前的大多数研究都集中在单个粒子水平，通过相关性分析，我们可以了解整个电池。然而，这里显然存在一个缺口，即微米级的单个粒子，这与整体的大型电池大不相同。”

每次电池充电时，锂离子在正负电极之间来回移动。这些离子与电极中的粒子相互作用，导致它们随着时间的推移而破裂和降解。电极损坏会降低电池的充电能力。赵说，电池很难同时具备高容量和高可靠性。增加电池容量通常意味着牺牲可靠性。研究人员发现，电池颗粒的降解不会同时发生，一些颗粒会比另一些颗粒失效得更快，从而绘制出锂离子电池的损伤图。然而，现有方法不能完全捕捉电池电极的损坏过程。为了进行详细的研究，团队需要创造一种全新的技术。

研究人员求助于欧洲同步辐射装置(ESRF)和斯坦福同步辐射装置(SSRL)的同步加速器。这些大型同步加速器设备有数英里长，携带着几乎以光速运动的粒子，释放辐射并产生同步的x光图像。弗吉尼亚理工大学的研究人员已经制造了用于测试的材料和电池，包括智能手机的袖珍电池和手表的硬币电池。ESRF和SSRL的研究人员试图让这些机器一次扫描尽可能多的电池中的电极颗粒，然后生成x光图像进行分析。颗粒表面的颗粒破损和降解的图形，称为“界面脱粘”，现在可以用作理解电池电极损坏程度的参考工具。

为了了解这些裂缝是如何影响电池性能的，普渡大学赵的团队开发了理论和计算工具。例如，他们发现在锂离子来回穿梭的地方，附近的粒子(称为“隔板”)比电极材料底部的粒子有更高的利用率，因此它们失效更快。在较厚的电极和快速充电的条件下，电极颗粒损伤或“异质退化”的可变性更为严重。赵说:“电池的容量不取决于电池中粒子的数量。重要的是如何使用锂离子。”

考虑到美国只有少数同步加速器，该项目不能让每个研究人员和行业参与者都采用这种技术，但他们可以利用这种技术产生的信息。研究人员计划继续使用这项技术来记录损坏是如何发生的，以及它如何影响商用电池的性能。

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