CLS研究人员托比·邦德（Toby Bond）使用X射线来帮助工程寿命更长的强大电动汽车电池。他的研究发表在《电化学学会杂志》上，展示了电池的电荷/放电周期如何造成物理损坏，最终导致储能减少。这项新工作指出了在电池材料中形成的裂缝与携带电荷的重要液体耗尽之间的联系。

邦德在萨斯喀彻温大学的加拿大光源中使用BMIT设施来生产电池内部的详细CT扫描。他与达尔豪西大学（Dalhousie University）的杰夫·达恩（Jeff Dahn）博士合作，专门使用电动汽车的电池，研究必须将尽可能多的能量装入轻量级设备中。

邦德说：“打包更多能量的一个很大的缺点是，通常，您包装的能量越多，电池降低的速度就越快。”

在锂离子电池中，这是因为充电电极在电极材料中其他原子之间施加了锂离子，将其推开。添加更多的电荷会导致材料的增长更多，当锂离子离开时，它们会缩小。在这种生长和收缩的许多周期中，微裂纹在材料中开始形成，慢慢降低了其持有电荷的能力。

CLS CT扫描还表明，电池内部的电解质液体被带入由微块状阳性电极材料产生的扩展的孔隙空间。
CLS CT扫描还表明，电池内部的电解质液体被带入由微块状阳性电极材料产生的扩展的孔隙空间。
“它最终会导致电池中的材料从内而外崩溃。如果它变得足够糟糕，它可能会导致电池的一部分实际剥离内部。”邦德说。“如果电池内部造成大规模损坏，这也可能成为安全问题。”

长期以来，研究这个问题，以及在该领域的有效涂料和其他处理方式一直很重要。传统上，通过将电池拆开并查看电子显微镜下的单个颗粒来研究电池中形成的裂纹。这会破坏电池，因此它不允许研究人员保留更大的结构，并了解这种破裂可能对电池的其余部分产生什么其他影响。

邦德说，通过在CLS上使用X射线成像，研究人员可以在上下文中研究这些效果，并查看破裂如何导致电池其余部分的变化。在这项研究中，研究人员发现，随着电池中的微裂缝变得更糟，细胞中的液体被吸入裂缝之间的额外空间，这可能不会留下足够的液体来解决。

邦德说：“这是任何人第一次能够在工作电池中捕获所有这些效果。”“液体电解质的这种耗竭会导致严重的问题，因为电池的任何部分都没有获得足够的液体，这基本上都会停止工作。”

在这项研究中，邦德及其同事研究了多年来一直充电并将其排放到不同水平的电池，以及完全没有使用的电池。他们使用BMIT明亮的，专注的光线收集的3D X射线扫描使他们能够确切地看到在微观尺度和整个电池中，都可以通过使用方式影响不同的材料。

实用的外卖？团队发现，排出电池的少量造成的降低少于整个电池的放电。这可能是因为随着时间的推移，电荷的较小变化会导致电池电极材料的物理压力减少。对于新应用，例如长途运输，电动飞机以及使用停放的电动汽车将能源存储并输送到电网中的新应用非常重要。这些情况通常需要在充电之前使用更多电池的全部容量。

邦德说：“随着我们开始用电动汽车代替越来越多的燃烧驱动的车辆，了解电池在不同条件下的行为非常重要。”“解决这些问题非常令人兴奋，我们确实需要诸如Synchrotrons之类的工具，以了解当我们尝试新方法时电池内部发生的事情的细节。”

参考：Bond T，Gauthier R，Eldesoky A，Harlow J，Dahn Jr。使用多尺度计算机断层扫描的单晶与多晶Linixmnycozo2/Graphite Pouch细胞中电极厚度生长和电解质耗竭的原位成像。J Electrochem Soc。2022; 169（2）：020501。doi：10.1149/1945-7111/ac4b83

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