简而言之 |
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电动汽车电池(VE)领域的技术进步对于满足不断增长的可持续运输需求至关重要。韩国Ulsan国家科学技术研究所(UNIST)的一群研究人员最近在该领域做出了重大发现。通过专注于创新的阴极材料,准锂,它们不仅增加了电池的能量能力,而且还解决了关键的安全问题。这一突破可以彻底改变我们设计和使用电动汽车电池的方式,通过在一次负载下允许1,000公里,同时最大程度地减少爆炸风险。
氧气问题
准锂材料是有希望的,因为与当前的电池技术相比,理论上可以将30%至70%的额外能量储存,特别是通过允许高压负载超过4.5伏。但是,这种增加的容量伴随着很大的风险。在这些高电压下的负载期间,在电池材料中监禁的氧分子可以以气体形式氧化并逃脱。气体的积累降低了电池的结构,并带来了严重的爆炸风险。
由能源和化学工程学校的Hyun-Wook Lee教授领导的Unist团队发现,这种氧气的氧化发生在4.25伏左右。在此阶段,会发生部分结构损伤,并释放氧气。通过了解这种机制,研究人员能够超过症状的简单管理阶段,以开始攻击问题的深刻原因。
创新的方法
研究小组提出了一种创新的方法:在准lithium中替代某些过渡金属,具有较低的电负性元素。这种替代改变了材料内部电子的流动。由于电负性的差异,电子倾向于在最大的电负元素周围重新组合。因此,过渡金属具有更多的电子,可防止氧气丢失电子并氧化。
UCLA联合统一的博士研究员Min-Ho Kim强调:“虽然先前的研究集中于稳定氧化氧气以避免以气体的形式排放,但我们的研究以预防氧化的氧化而区分。»»»»»»
能量密度增加
研究人员使用高级X射线分析和加速器来测试其理论。他们的经验证实,用镍的一部分替代镍的含量大大减少了释放的氧气量。在理论水平上,功能密度理论(DFT)的计算有助于验证电子的重新分布方式。
有趣的是,电子密度的这种变化并不满足于使电池更安全。它还允许更高的负载电压。由于能量密度取决于可用电子的数量和电压,因此该策略可以显着增加电池存储容量。正如Lee教授所解释的那样,这个想法类似于一个水坝,该大坝保留了更高的水位和更大跌倒的能量。
未来的含义
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这项开创性的研究工作得到了韩国国家研究基金会(NRF)的支持,并发表在科学进步,可能会对新一代电池的开发产生重大影响。通过提供解决方案,以避免在增加能量密度的同时排放氧气,这种方法可以打开长期电池的轨道,而无需电动汽车的爆炸。
下表综合了这种新电池技术的主要特征和优势:
特征 | 优势 |
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亚属 | 将能源容量从30%增加到70% |
金属替代 | 减少氧气并增加安全性 |
高负载电压 | 能量密度增加 |
面对这些科学进步,要想知道这项技术在未来几年中如何改变电动汽车行业是合理的。联合研究人员提出的解决方案是否可以成为未来电池开发的规范?
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