美国宇航局火星毅力号火星车看到的无人机“独创性”。SLAC的研究人员正在努力了解遥远星球的极端温度——或者中西部的冬天——对为这类设备供电的可充电电池的影响。信用:美国宇航局/JPL-加州理工学院/亚利桑那州立大学/马林空间科学系统锂离子电池因其恶劣的寒冷天气性能而有点出名，这对它们一些最重要的应用产生了影响——从在威斯康星州的冬天启动电动汽车到在火星上驾驶dro ne。现在，美国能源部SLAC国家加速器实验室的研究人员发现了这个问题中一个被忽视的方面:在低于冰点的温度下储存锂电池会使电池的某些部分破裂，并使其与周围的材料分离，从而降低其蓄电能力。
科学家刘一金和博士后在观察阴极的低温性能时发现了这一点，阴极是电池使用时电子流入的部分。初步研究发现，在低于零摄氏度的温度下储存阴极会导致电池在充电100次后比在较高温度下储存的电池多损失5%的容量。
为了了解原因，研究人员求助于斯坦福同步辐射光源的x光分析方法和李过去几年一直在研究的机器学习技术的结合。这种组合使他们能够识别单个阴极粒子——这意味着该团队可以同时研究数千个粒子，而他们只用眼睛就能识别出极少数粒子。
刘说，这些方法共同揭示了低温使阴极内的肉丸状颗粒收缩，并在这个过程中使它们破裂——或者使现有的裂缝变得更糟。而且，由于材料随温度变化而膨胀和收缩的方式不同，极寒也使阴极与周围材料分离。
刘说，研究结果指出了一些可能的解决方案。通过寻找温度响应更匹配的电池材料，科学家可以解决脱离问题。这样做也有助于改进其他电池，因为所有电池在加热和冷却时都会膨胀和收缩。通过在电池内部设计不同的粒子结构——特别是用更光滑、更少肉丸状的粒子构建它们——研究人员可以帮助防止开裂并提高锂离子电池的长期容量。
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