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華科大黃云輝/李真團(tuán)隊:N/P小于1的電池設(shè)計,能量密度大幅提升!

   時間:2025-01-05 21:02:29 來源:ITBEAR編輯:快訊團(tuán)隊 發(fā)表評論無障礙通道

華中科技大學(xué)的研究團(tuán)隊在鋰離子電池領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展,他們提出了一種全新的陽極設(shè)計理念,旨在提升電池的能量密度,同時確保安全性不受影響。這一研究成果于2024年10月30日在國際知名期刊《Advanced Energy Materials》上發(fā)表。

在鋰離子電池中,陽極(負(fù)極)和陰極(正極)的面積容量比,即N/P比,是一個至關(guān)重要的參數(shù)。傳統(tǒng)上,為了制造公差和電池安全的考慮,幾乎所有電池都保持N/P比大于1。然而,這一比例的限制也制約了電池能量密度的進(jìn)一步提升。偏離這個比例可能導(dǎo)致鋰在陽極表面不均勻沉積,進(jìn)而帶來安全風(fēng)險。

華中科技大學(xué)的黃云輝教授和李真教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊,則巧妙地打破了這一常規(guī)。他們設(shè)計了一種梯度結(jié)構(gòu)石墨陽極,通過特殊工藝,使得N/P比能夠小于1,而無需擔(dān)心電池的安全性。這一創(chuàng)新設(shè)計的核心在于,在陽極的底層摻入了少量的銀納米顆粒。這些納米顆粒如同一群微小的“指揮官”,有效地調(diào)節(jié)了鋰離子在電極厚度方向上的濃度梯度,從而避免了鋰的不均勻沉積。

實驗結(jié)果顯示,采用這種新設(shè)計的4 Ah LiCoO2||Gr-Ag0.5(N/P=0.8)軟包電池,其體積能量密度相比傳統(tǒng)的LiCoO2||Gr(N/P=1.1)電池提高了14.5%。這一顯著提升不僅意味著電池能夠存儲更多的能量,還預(yù)示著電動汽車、便攜式電子設(shè)備等領(lǐng)域?qū)⒂瓉砀映志?、高效的能源解決方案。

研究人員還在LiFePO4||Gr電池中驗證了這一N/P<1設(shè)計模式的普遍適用性和有效性。這一結(jié)果表明,該設(shè)計理念不僅適用于特定的電池體系,而是具有廣泛的適用性,有望為鋰離子電池的未來發(fā)展開辟新的道路。

在研究中,團(tuán)隊還詳細(xì)探討了不同N/P比對電池結(jié)構(gòu)和性能的影響,以及負(fù)極材料在鋰化過程中的行為和庫侖效率。他們發(fā)現(xiàn),通過精確控制N/P比和陽極的梯度結(jié)構(gòu),可以顯著優(yōu)化電池的性能,同時保持其循環(huán)穩(wěn)定性和安全性。

研究團(tuán)隊還展示了全電池的循環(huán)性能和體積變化,進(jìn)一步證明了這一新設(shè)計的優(yōu)越性和可靠性。這些實驗結(jié)果不僅為鋰離子電池的進(jìn)一步優(yōu)化提供了有力支持,也為相關(guān)領(lǐng)域的研究人員提供了新的思路和方法。

這一研究成果的發(fā)表,標(biāo)志著華中科技大學(xué)在鋰離子電池領(lǐng)域的研究邁上了新的臺階。未來,隨著這一新設(shè)計的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用,我們有理由相信,鋰離子電池的性能將得到顯著提升,為人類的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)更多力量。

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