新型电池寿命可能比电动汽车更长，仍可用于电网储能

Josiah02 · 发表于 2024-12-10 16:59:15

目前，人们正在大力推动延长电动汽车锂离子电池的使用寿命。根据美国法律，这些电池在使用 8 年后必须能够保持其原始满电量的 80%。
然而，许多行业专家认为，我们需要能够使用数十年的电池，这样，一旦它们不再足够坚固以用于电动汽车，我们就可以将它们用于“二次生命应用” - 比如将它们捆绑在一起以存储风能和太阳能来为电网供电。
达尔豪斯大学的研究人员利用萨斯喀彻温大学的加拿大光源 (CLS) 分析了一种新型锂离子电池材料（称为单晶电极），该材料已在哈利法克斯的实验室中不间断地充电和放电超过六年。
在达到 80% 的容量截止点之前，它持续了超过 20,000 次循环。这相当于行驶了令人震惊的 800 万公里。作为研究的一部分，研究人员将这种最近才上市的新型电池与常规锂离子电池进行了比较，后者在达到 80% 的容量截止点之前持续了 2,400 次循环。
“我们研究的主要重点是了解电池内部的损坏和疲劳如何随着时间的推移而发展，以及我们如何防止这种情况发生，”CLS 高级科学家 Toby Bond 说道，他在达尔豪斯大学名誉教授兼首席研究员（NSERC/特斯拉加拿大/达尔豪斯联盟资助）Jeff Dahn 教授的指导下进行了这项研究，以获得博士学位。
他说，当科学家们使用超亮同步加速器光来观察这两种电池内部时，事情变得非常有趣。当他们观察普通锂离子电池的内部工作原理时，他们发现电极材料中存在大量微观裂纹，这是由于反复充电和放电造成的。他解释说，锂实际上迫使电池材料中的原子分离，并导致材料膨胀和收缩。
“最终，裂缝变得非常多，电极基本上被粉碎了。”
然而，当研究人员观察单晶电极电池时，他们几乎没有发现这种机械应力的证据。“在我们的图像中，它看起来非常像一个全新的电池。我们几乎看不出区别。”
邦德将新型电池几乎未出现性能下降的原因归结于构成电池电极的颗粒形状和行为的差异。在普通电池中，电池电极由比头发丝宽度小 50 倍的微小颗粒组成。
如果你放大这些粒子，你会发现它们是由更小的晶体组成的，这些晶体像雪球中的雪花一样聚在一起。单晶，顾名思义，就是一块大晶体：它更像一块冰块。“如果你一只手拿着雪球，另一只手拿着冰块，压碎雪球就容易得多，”邦德说。“冰块对机械应力和应变的抵抗力更强。”
虽然研究人员早就知道这种新型电池能够抵抗锂离子电池易受的微裂纹，但这是第一次有人研究循环时间如此长的电池。“在同步加速器上进行这种测量的好处在于，我们可以在微观层面上观察这一点，而不必拆开电池。一旦我们将一个电池循环六年，你就真的不想把它拆开——它非常珍贵，对我们来说非常有价值，里面包含了很多信息。”
邦德表示，这项研究最令人兴奋的地方在于，它表明我们可能已经接近电池不再是电动汽车的限制部件的临界点，因为它的使用寿命可能比汽车的其他部件更长。“我们真的需要这些汽车尽可能地耐用，因为驾驶时间越长，碳足迹的改善就越好，”邦德说。此外，如果电池组的使用寿命比汽车长，你可以用它们来储存大量能量，而能量密度对电动汽车的驱动至关重要，但这一点并不那么重要。
邦德表示，新电池已投入商业化生产，其使用量将在未来几年内大幅增加。“我认为这样的工作有助于强调它们的可靠性，并有助于制造和使用这些电池的公司进行长期规划。”

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