电池创新：芝加哥大学通过改善金属纹理来提高性能

盖世汽车讯为了制造适合电动汽车、移动设备和可再生储能的新型电池，研究人员探索过新材料、新设计、新配置和新化学。然而，有一个方面一直被忽略了，即所使用金属的纹理。

芝加哥大学普利兹克分子工程学院Liew Family分子工程教授Shirley Meng表示:“像锂和钠这样的软金属具有优良的性能，可用作电池阳极(负极)，其中锂被视为未来高能充电电池的终极阳极材料。但在了解晶粒取向(也称为纹理)如何影响可充电金属电池性能方面，这还存在差距。”

据外媒报道，Meng教授的储能与转换实验室和行业合作伙伴赛默飞世尔科技(Thermo Fisher Scientific)突破了这一障碍，证明改善金属的纹理可以大大提高性能。

芝加哥大学普利兹克分子工程学院研究副教授Minghao Zhang表示:“在这项研究中，我们发现在锂金属和集电器之间添加一层薄薄的硅，有助于形成所需的纹理。这一改变将使用锂金属的全固态电池的速率能力提高近十倍。”

调整纹理

电池阳极的理想纹理是使原子能够沿表面快速移动，这有利于电池更快地充放电。Zhang表示:“我们认识到软金属的表面能差异确实可以改变其纹理化方式。锂或钠金属依靠这些纹理来获得有利的速率能力，该团队想知道调整软金属的纹理是否可以提高功率密度。”

这方面的研究需要克服使用显微镜的障碍。为了研究这种材料，该团队将在等离子体聚焦离子束扫描电子显微镜下进行的铣削与电子后向散射衍射(EBSD)映射相结合，利用这两种技术以新的方式来研究纹理。

赛默飞世尔科技的高级市场开发经理Zhao Liu表示:“收集软金属的纹理信息具有挑战性，主要是由于难以接近感兴趣的区域，以及获得锂和钠金属的反应性。PFIB-EBSD组合非常适合这项研究，因为PFIB可以有效接近电池堆中感兴趣的区域，从而产生缺陷最小化的高质量表面，而EBSD可以提供软金属上的详细纹理信息。”

该团队已与LG新能源的前沿研究实验室( Frontier Research Laboratory)达成合作，该实验室致力于将该技术商业化。LG新能源高级研究员Jeong Beom Lee表示:“LG新能源积极寻求研究合作，以在快速发展的电池市场中保持领先地位。随着对电动汽车和能源存储的需求持续增长，我们认识到，将我们的制造专业知识与大学创新研究结合起来，以开发下一代电池技术，这具有重要意义。”

研究人员的下一个挑战是将测试压力从5MPa降至1 MPa，这是目前商用电池的行业标准。他们还计划研究纹理对钠的影响，长期以来Meng一直在研究将钠作为成本低且易获得的锂替代品。

Zhang表示:“现在我们了解了软金属中纹理的形成方式，预测金属钠更倾向于具有适合原子快速扩散的纹理。这意味着在全固态电池中使用钠作为电池阳极，可能会为未来储能带来重大突破。”