绕路可以改善电子电池、太阳能的储存

在悖论中，实际上有一种情况，弯路可能会让事情变得更快。在这种情况下，电池绕道可以改善运输、电子和太阳能储存。

莱斯大学的科学家们布朗工程学院有没有发现在晶格中放置特定的缺陷磷酸铁锂基阴极拓宽了锂离子的传播途径。他们的理论计算可以将性能提高两个数量级，并为其他类型电池的类似改进指明了方向。

这些缺陷，称为antisites当原子被放置在晶格上错误的位置时——也就是说，当铁原子位于应该被锂占据的位置时，就会形成。反位缺陷阻碍锂在晶格内的移动，通常被认为对电池性能有害。

然而，在磷酸铁锂的情况下，莱斯大学的研究人员发现，他们在阴极内制造了许多弯路，并使锂离子在更宽的表面上到达反应前沿，这有助于提高电池的充放电率。

莱斯大学材料科学家唐明表示，磷酸铁锂是一种广泛使用的锂离子电池正极材料，也是研究电池循环过程背后物理原理的一个很好的模型系统。唐明与莱斯大学校友梁红一起进行了这项研究MathWorks以及研究生杨凯琪。

材料科学和纳米工程助理教授Tang说，当锂插入时，阴极从贫锂相变成富锂相。当表面反应动力学缓慢时，锂只能在相边界附近的狭窄表面区域内插入磷酸铁锂-“道路”-这一现象限制了电池充电的速度。

“如果没有缺陷，锂只能进入相边界附近的这个小区域，”他说。“然而，反位缺陷可以使锂在表面上更均匀地插入，因此边界移动得更快，电池充电得更快。

他说:“如果你通过施加大电压来迫使没有缺陷的阴极快速充电，那么在表面会有非常高的局部锂通量，这可能会对阴极造成损坏。”“这个问题可以通过利用缺陷将焊剂扩散到整个阴极表面来解决。”

材料退火——加热而不燃烧——可以用来控制缺陷的浓度。Tang说，这些缺陷还可以使比纳米级晶体更大的阴极粒子用于帮助提高能量密度和减少表面退化。

“该模型的一个有趣预测是，这种最佳缺陷配置取决于颗粒的形状，”他说，“我们看到，特定方向的facet可以使绕路更有效地运输锂离子。因此，你会希望有更多的这些面暴露在阴极表面。”

Tang说，该模型可以作为改进相变电池化合物的一般策略。

“对于像钢和陶瓷这样的结构材料，人们一直在利用缺陷来让材料更坚固，”唐说，“但我们还没有太多讨论利用缺陷来制造更好的电池材料。通常，人们将缺陷视为需要消除的烦恼。但我们认为，为了更好地储存能量，我们可以化缺陷为朋友，而不是敌人。”

莱斯大学

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-副主编克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE传媒，cvavra@cfemedia.com．查看更多控制工程能效故事．

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