鈉離子電池對(duì)于電動(dòng)汽車、能源網(wǎng)和其他應(yīng)用來說是一項(xiàng)很有前景的技術(shù)，因?yàn)樗鼈冇韶S富的材料制成。這些材料能量密集、不易燃并且在較低溫度下運(yùn)行良好。然而，它們卻只是磷酸鐵鋰電池的“備胎”。這是因?yàn)?，現(xiàn)代電子產(chǎn)品中的鋰離子電池可以充電數(shù)千次，但大多數(shù)鈉離子電池只能循環(huán)其中的一小部分。

耐用性差源于電池運(yùn)行過程中的特定原子重組—P2-O2相變—因?yàn)殡x子穿過電池?zé)o序晶體結(jié)構(gòu)并最終破壞它們。雖然研究人員對(duì)相變很感興趣，但其背后的機(jī)制一直難以研究，尤其是在電池運(yùn)行期間。

近日，康奈爾大學(xué)的科學(xué)家在一項(xiàng)新研究中，發(fā)現(xiàn)了限制鈉離子電池耐用性的根源，為制造商提供了為 21 世紀(jì)供電的新策略。

研究表明，隨著鈉離子在電池中移動(dòng)，單個(gè)顆粒內(nèi)的晶體層的錯(cuò)誤取向會(huì)增加，然后這些層在P 2 -O2相變之前突然對(duì)齊。

研究作者Singer說：“我們發(fā)現(xiàn)了一種新的關(guān)鍵機(jī)制，即在電池充電期間，原子突然重新排列，促進(jìn)了有缺陷的相變。”

該團(tuán)隊(duì)在使用康奈爾高能同步加速器源開發(fā)了一種新的 X 射線成像技術(shù)，因而能夠?qū)崟r(shí)觀察電池樣本中單個(gè)粒子的行為。

研究人員表示，他們計(jì)劃在未來提出鈉離子電池新的設(shè)計(jì)方案。其中一種可能就是修改電池化學(xué)成分，在有缺陷的過渡階段之前讓粒子變得無序。

該研究論文題為“Disorder Dynamics in Battery Nanoparticles During Phase Transitions Revealed by Operando Single-Particle Diffraction”，已發(fā)表在Advanced Energy Materials上。