我國(guó)科學(xué)家突破全固態(tài)鋰電池關(guān)鍵難題。記者從中核集團(tuán)獲悉，近日，中核集團(tuán)中國(guó)原子能科學(xué)研究院與清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院依托中國(guó)先進(jìn)研究堆，利用中子深度剖面分析技術(shù)，精準(zhǔn)揭示了全固態(tài)鋰電池傳統(tǒng)單層正極的關(guān)鍵缺陷，首次通過(guò)實(shí)驗(yàn)直接觀(guān)測(cè)并定量證實(shí)了顯著的縱向鋰濃度梯度，在電極厚度方向上實(shí)現(xiàn)了鋰濃度的均勻分布，為梯度電極核心設(shè)計(jì)工作提供了有力的實(shí)驗(yàn)依據(jù)，為推動(dòng)全固態(tài)鋰電池基礎(chǔ)科學(xué)認(rèn)知及其工程化應(yīng)用作出重要貢獻(xiàn)。該研究成果發(fā)表于國(guó)際期刊《能源與環(huán)境科學(xué)》。
全固態(tài)鋰電池被譽(yù)為“下一代能源革命”技術(shù)，其從根本上杜絕了傳統(tǒng)鋰電池可能出現(xiàn)的泄露、起火等風(fēng)險(xiǎn)，安全性顯著提升。但其商業(yè)化應(yīng)用仍面臨諸多“攔路虎”，比如循環(huán)穩(wěn)定性和能量密度提升等。要解決上述問(wèn)題，需深入理解電極內(nèi)部反應(yīng)機(jī)制。然而，鋰元素的“可視化”檢測(cè)一直是行業(yè)痛點(diǎn)，這正是制約全固態(tài)鋰電池性能提升的關(guān)鍵。
中子深度剖面分析技術(shù)是一種先進(jìn)的核分析技術(shù)，是中子活化分析技術(shù)的分支，可利用中子束“透視”材料內(nèi)部，就像做一次“無(wú)損的CT掃描”。由于中子對(duì)鋰元素這類(lèi)輕元素極其敏銳，整個(gè)“掃描”過(guò)程具有高靈敏、高分辨、無(wú)損等特點(diǎn)，所以在開(kāi)展對(duì)空氣、水分敏感的電池材料研究時(shí)，中子深度剖面分析技術(shù)展現(xiàn)出無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。它能追蹤鋰離子在電池充放電時(shí)的傳輸過(guò)程，就像為鋰電池研發(fā)裝上了“透視鋰分布的慧眼”，為優(yōu)化電池設(shè)計(jì)、提升電池性能提供精準(zhǔn)“導(dǎo)航”。
據(jù)悉，十多年來(lái)，原子能院核物理所活化分析研究團(tuán)隊(duì)一直緊跟中子深度剖面分析技術(shù)，在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目支持下，依托中國(guó)先進(jìn)研究堆，團(tuán)隊(duì)研發(fā)出國(guó)際領(lǐng)先的中子深度剖面分析裝置和技術(shù)方法，為我國(guó)核工業(yè)發(fā)展，以及半導(dǎo)體、鋰電池等領(lǐng)域科技創(chuàng)新提供了先進(jìn)的分析測(cè)試方法。這充分體現(xiàn)了國(guó)家大科學(xué)裝置對(duì)推進(jìn)科技自立自強(qiáng)發(fā)揮的重要作用，以及核分析技術(shù)在滿(mǎn)足國(guó)家重大需求、解決交叉學(xué)科前沿研究問(wèn)題方面的顯著作用和獨(dú)特價(jià)值。
編輯：李華山
