圓柱形電池的設計通常是通過將電池電極的薄夾層纏繞成圓柱形,然后再填充電解質等液態物質,最終形成一顆圓柱形的鋰離子電池。這就要求電極必須具備很大的表面積才能夠實現高容量和快速充電。

一直以來,人們缺乏關于圓柱形電池在充電周期中內部的微觀結構以及其他化學物質動態變化的認知。

近日,德國柏林亥姆霍茲聯合會(Helmholtz-ZentrumBerlin,簡稱HZB)與英國倫敦大學學院的一個國際研究小組首次結合使用兩種互補的斷層掃描法,對電池充放電期間電極表面狀況進行了研究。

他們在法國格勒諾布爾的歐洲同步加速器輻射設施(ESRF)采用X射線斷層掃描,能夠分析電極的微觀結構,并探測到電池在充電周期中發生的變形和不持續情況。

HZB斷層掃描專家IngoManke博士表示:“另一方面,中子斷層掃描技術能夠直接觀察鋰離子的遷移,并確定電解質在電池中的分布如何隨時間而變化。”

柏林祖斯學院(Zuse-Institut)研發了新型數學方法,讓物理學家們能夠解開電池電極,因為很難對電池的圓柱形線圈進行定量檢測。

采用此種方法可以研究圓柱形電池的特性問題,例如,內部繞組的鋰容量顯示出與外部繞組完全不同的化學活性。中子數據可以顯示出缺乏電解質的區域,即嚴重限制各自電極功能的區域,還表明,陽極表面并沒有平等地裝載和未裝載鋰。

該研究團隊表示:“我們研發的工藝為我們供應了一個獨特的工具,可以讓我們在電池運行過程中查看電池內部情況,并分析出性能損失發生的位置和原因,讓我們能夠制定具體的策略,以改善卷繞式電池的設計。”