研究发现新因素限制混合动力车和纯电动车电池使用寿命

2012-12-19 15:38

　　一项新的研究发现，混合动力汽车和纯电动汽车在行驶过程中，存在一些无法预料因素限制了常使用的电池性能。

　　俄亥俄州立大学工程师带领的研究团队验证用过的汽车电池发现，随着时间推移，锂累积在电极一侧——存在于电流集电器，促使电子能够在电极和汽车电力系统之间进行迁移的铜片。

　　俄亥俄州立大学杰出学者兼任霍华德大学机械工程教授Bhushan说明，这项认识有助改善电池设计和性能。“研究表明铜集电器能够影响电池性能，”他表示。

　　这项研究作为最近《材料快报》一篇重要论文，由Bhushan和材料科学工程系教授、总部设在大学内部的国家科学基金会综合材料能源应用合作项目主任Bahu共同合作的成果。他们一直在努力确定限制电池寿命的因素。

　　大多数混合动力车和纯电动汽车应用的锂离子电池是可充电电池。电池内部，锂离子在阳极和阴极之间来回迁移——电池充电时锂离子迁移至阳极，放电是则迁移至阴极。

　　此前，研究人员认定，电池老化时期，循环锂离子永久积聚在阳极表面，因而电池丧失充电能力。

　　最近的研究揭示，迁移通过阳极的锂离子也会在铜集电器上集结。

　　Bhushan说：“我们并没有意尝试找到集电器上的锂离子，也许会有人说这只是偶然发现，锂离子究竟怎样到达这里尚存一些疑惑。目前而言，没有人曾经预料到活性锂离子会迁移至集电器内部。”

　　现为俄亥俄州立大学博士后研究员Nagpure进行了一项实验，作为其博士学位论文的一部分。他与俄亥俄州立大学汽车研究中心从事电池老化研究数年的Guezennec、Rizzoni以及汽车产业展开合作进行电池老化的验证。

　　集电器上锂元素发现的关键点是在于俄亥俄州立大学研究团队、美国国家标准和技术研究院以及中子深度分布分析(NDP)技术专家的合作，NDP是材料科学中测定微量杂质的分析工具。

　　实验之前，研究人员利用NDP分析6支锂离子汽车电池现成品，包括1支新品，其余5支实验室已使用过的，结果发现实验过程中锂离子会积聚阳极表面。

　　为更清楚电池的降解过程，Bhushan和他的同事一直进一步深入研究电池，采用各种不同技术对毫米级至纳米级不同规模进行研究。

　　通过NDP技术，研究人员利用重力穿透一种物质并且捕捉带电粒子，这种带电粒子产生于电极中种子和锂原子的裂变反应。由于不同的化学元素放射具有一组特定能量标志，NDP因此能够揭露物质中微量杂质的存在。

　　这项最新的研究，NDP检测到一支老化电池铜集电器中存在锂元素。检测结果由收集到的铜原子数量和锂原子数量的比率衡量确定。测试比率达到0.08%，大约集电器上每1250个铜原子会有1个锂原子。

　　Bhushan表示，（锂原子）数量虽少，但可能足够影响集电器的电性能，进而影响电池的性能。他希望电池制造厂商能够深入查证这种现象，并借此设计出能够防止锂元素逃脱电极材料的新型材料。

　　接下来，他及其同事将研究纳米级锂离子电池的阻抗，或者内部电阻。(BobKing/译)

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