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日產(chǎn)新能源汽車技術(shù):可觀察鋰電子運動

作者: 時間:2014-03-19 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

日產(chǎn)汽車與日產(chǎn)ARC日前宣布,開發(fā)出了一種分析方法,可直接觀察鋰離子電池充放電時正極材料中的電子運動作并定量化。采用此方法,“使得高容量鋰離子電池的開發(fā)成為可能,從而有助于延長純電動汽車(EV)的續(xù)航距離”(日產(chǎn)汽車)(圖1)。


圖1 日產(chǎn)汽車將于2014年量產(chǎn)的商用EV“e-NV200”。圖為設(shè)計造型被西班牙巴塞羅那出租車選中的試制車。

要開發(fā)容量高、壽命長的鋰離子電池,必須在電極活性物質(zhì)中盡量多儲存鋰,進行可產(chǎn)生大量電子的材料設(shè)計。為此,掌握電池中的電子運動十分重要,而以前的分析技術(shù)無法直接觀察電子的運動。因此,無法定量識別電極活性物質(zhì)(錳(Mn)、鈷(Co)、鎳(Ni)、氧(O)等)中什么元素可在多大程度上釋放了電子。

此次開發(fā)的分析方法,使得長期存在的課題——探明充放電時電流的起源并定量把握,“全球首次”獲得了解決(日產(chǎn)汽車)。由此,可準確掌握電池內(nèi)部發(fā)生的現(xiàn)象,尤其是正極材料含有的活性物質(zhì)的運動狀況。此次的成果是由日產(chǎn)ARC與東京大學、京都大學、大阪府立大學共同開發(fā)的。

還使用了“地球模擬器”

此次開發(fā)的分析方法,同時運用了使用“L吸收端”的“X射線吸收分光法”和使用超級計算機“地球模擬器”的“第一原理計算法”。盡管以前也有人采用X射線吸收分光法實施過鋰離子電池分析,但使用“K吸收端”為主流。配置在距離原子核最近的K殼層的電子被束縛在原子內(nèi),因此電子并沒有直接參與充放電。

此次的分析方法因采用了利用L吸收端的X吸收分光法,可以直接觀察參與電池反應的電子流動。并且,通過與使用地球模擬器的第一原理計算法相結(jié)合,以高精度獲得了以前只能間接推斷的電子移動量。

日產(chǎn)ARC將此分析方法用于分析鋰過剩型正極材料。結(jié)果發(fā)現(xiàn),(1)在高電位狀態(tài)下,屬于氧的電子有益于充電反應;(2)在放電時,屬于錳的電子有益于放電反應。



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