使用光来充电锂离子电池两次快速

Argonne照片励磁技术的艺术渲染，用于快速再充电锂离子电池。

美国能源部的研究人员（DOE）Argonne National实验室报告了一种新的机制，加快电动汽车锂离子电池的充电。简单地将阴极暴露于浓缩光束 - 例如，来自氙灯的白光 - 将电池充电时间降低了两个或更多的显着因子。如果商业化，这种技术可能是电动汽车的游戏更换器。

电动车的所有者很清楚“范围焦虑”，因为电荷水平低于或最近充电站的位置似乎太远。如果这些车辆捕获了占地面积的运输市场，则快速充电仍然是一个关键挑战。为空车充电通常需要大约八小时。

“我们希望大大缩短该电荷反应，而不会损坏由此产生的更高电流的电极。” - 克里斯托夫·约翰逊，阿戈纳恩杰出的家伙

现在存在特殊增压站，通过向电池提供更高的电流来实现电动车辆的超快充电。然而，过多的电流过度过于时间，这会降低电池性能。

通常，用于车辆的锂离子电池被缓慢加入以获得完全电化学反应。该反应涉及从氧化物阴极中除去锂并将其插入石墨阳极。

“我们希望大大缩短这种充电反应，而不会损坏由此产生的电流损坏电流，”Argonne Johnson，Argonne杰出的研究员和化学科学领导者的杰克·约翰逊说。

今天的锂离子电池在黑暗状态下工作，电极在壳体中安装。Argonne的照片辅助技术将使用透明容器，允许集中光在充电期间照亮电池电极。

为了探讨充电过程，研究团队用透明的石英窗制成小锂离子电池（“硬币细胞”）。然后，它们用窗户闪耀着窗户的白色光线在阴极上测试这些细胞。

“我们假设，在充电期间，白光将与典型的阴极材料有利地相互作用，并且在我们的细胞测试中被证明是这种情况，”约翰逊说。阴极材料是锂锰氧化物，缩写为LiMn2O4（LMO）。

在这种有利反应中的关键成分是用LMO的光相互作用，已知具有光相互作用的半导体材料。在充电期间吸收光的光中的光子时，LMO中的元素锰将其充电状态从三价（MN3 +至Mn4 +）中的三价改变。作为响应，锂离子从阴极中快速弹出，而不是在没有光子激励过程的情况下发生。

“我们假设，在充电期间，白光将与典型的阴极材料有利地相互作用，并且在我们的细胞测试中被证明是这种情况。” - 克里斯托夫·约翰逊，阿戈纳恩杰出的家伙

该条件更快地驱动电池反应。该团队发现，更快的反应导致更快的充电，而不会降低电池性能或循环寿命。“我们的细胞测试表明，随着光线导通的充电时间呈两个减少，”约翰逊说。

该研究团队作为电化学能源科学（CEES）的一部分进行了这项工作，由Argonne领导的DOE能源前沿研究中心（EFRC）。

“这项研究是CEES对锂离子电池中的电极工艺的目标是如何实现影响技术的关键进步的一个很好的例子，”化学科学和工程专区的高级物理学家Paul Fenter说。“这是EFRC计划可以实现的变革影响的标志性。”

约翰逊补充说，“这一发现是它的第一个，其中光线和电池技术合并，而这种交叉口的速度很好地为电池创新的充电概念。”

DOE能源效率和可再生能源办公室的车辆技术办公室已经确定了在确保电动汽车的大规模采用中的一个危急挑战，这项研究可能是实现这一目标的关键。

本研究出现在自然通信中，标题为“锂离子电池的光加速快速充电”。除约翰逊外，其他阿尔冈贡献者还为Anna Lee，MártonVörös，Wesley M. Dose，Jens Niklas，Oleg Poleuktov，Richard D. Schaller，Hakim Iddir，Victor A. Maroni，Eungje Lee，Brian Ingram和Larry A. Curtise 。

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参考：Anna Lee，MártonVörös，Wesley M.剂量，Jens Niklas，Oleg Poleuktov，Richard D. Schaller，Hakim Iddir，Victor A. Maroni，Eungje Lee，Eungje Lee，Brian Ingram，Brian Ingram，Brian Ingram，Brian Ingram，Brian Ingram，Brian Ingram，Brian Ingram，Brian Ingram，Brian Ingram，Larry A. Curtiss和Christopher S. Johnson，2019年10月30日，Nature Communications.doi：
10.1038 / s41467-019-12863-6

该研究由基本能源科学的DOE办公室资助，部分地部于纳米级资料中心，美国能源部的纳米级材料中心。