张泽院士团队在扫描电镜构建“面对面”型电池,为优化全固态电池提供思路...

发布网友发布时间：2024-11-28 13:57

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热心网友时间：2024-11-28 15:03

在电动车起火爆炸事件频发的背景下，科学家们发现固态电解质中锂枝晶的形成是潜在原因。对于锂枝晶的产生机制和影响因素，一直以来缺乏明确结论。北京工业大学与西安交通大学、浙江大学合作，开发了一种“面对面”原位电池观测设备，首次实现了在工况条件下固态电池反应的实时扫描电镜监测。相比于传统的探针式分析，新设备能够全面收集电极、电极/电解质界面和电解质内部的结构与形貌在不同电流下的演变过程，避免局部压力与电流集中造成的干扰，揭示了全固态电池的失效机制。同时，研究团队构建了锂枝晶生长的“力-电-化学”耦合模型，揭示了锂枝晶生长形貌演变与电化学性能之间的关系。这一研究对全固态电池的优化改进具有重要意义。研究以《无机固态电解质中分离锂丝动态演化的化学力学起源》为题发表。

研究团队包括北京工业大学博士生曹天赐、西安交通大学许荣教授、北京工业大学程晓鹏助理研究员、刘显强副研究员以及浙江大学张跃飞教授。他们设计了与扫描电子显微镜兼容的“面对面”结构，实现了对固态电解质中锂枝晶生长的连续观察，并获得了固态电池锂沉积溶解行为与电化学曲线的对应关系。研究解决了样品转移和电荷影响等问题，构建了原位固态电池观测系统，清晰地观察到固态电解质的隆起和锂枝晶的快速长出。

该团队由张泽和张跃飞教授牵头，致力于材料显微结构与性能关系的原位研究，自主研发了扫描电镜原位测试仪器，突破了高温成像难题。他们将材料制备、加工、服役条件引入电子显微镜，实现材料性能测试与相应显微结构的同步关联性研究。扫描电镜中原位测试的样品尺寸可达厘米级，使研究结果更符合实际工程问题。团队将自主开发原子层沉积设备与工艺，用于固态电解质的表界面改性，以解决界面接触不良和抑制锂枝晶等问题。研究面向国家需求，在镍基高温合金和锂离子电池材料方面开展系统研究。团队旨在解决全固态电池的关键科学问题，加速产业化进程。