在《自然能源》雜志上發(fā)表的一項(xiàng)研究中，德克薩斯農(nóng)工大學(xué) Artie McFerrin 化學(xué)工程系教授 Perla Balbuena 博士和 Jorge Seminario 博士開(kāi)發(fā)了一種新方法，利用量子技術(shù)來(lái)了解外部壓力對(duì)鋰金屬電池的影響機(jī)械師。更深入地了解鋰離子在壓力下的行為可以推進(jìn)和改進(jìn)鋰金屬電池制造工藝，從而開(kāi)發(fā)更持久、更高效的電池技術(shù)。
“這項(xiàng)工作完美地展示了第一原理從頭分析對(duì)宏觀過(guò)程設(shè)計(jì)的影響，”巴爾布埃納說(shuō)。“類(lèi)似的方法可用于開(kāi)發(fā)改進(jìn)的化學(xué)和物理過(guò)程，影響化學(xué)工程、電氣、機(jī)械、材料科學(xué)和生物領(lǐng)域。”
這項(xiàng)研究是在 Battery500 聯(lián)盟的領(lǐng)導(dǎo)下進(jìn)行的，該聯(lián)盟是國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和學(xué)術(shù)界之間的一個(gè)合作項(xiàng)目，致力于開(kāi)發(fā)更可靠、高性能的汽車(chē)電池，并由太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)，旨在幫助實(shí)現(xiàn)能源部設(shè)定的目標(biāo)。
鋰離子電池徹底改變了移動(dòng)電子產(chǎn)品，推動(dòng)了納米電子學(xué)和可以輕松放入口袋的緊湊型設(shè)備的發(fā)展。盡管鋰離子電池用于智能手機(jī)、手表、玩具、筆記本電腦、電動(dòng)汽車(chē)和電網(wǎng)，但仍然面臨許多問(wèn)題，其中最重要的問(wèn)題之一是其能量密度，它受到電池組件的限制。
據(jù) Seminario 介紹，鋰離子電池的工作原理是依靠?jī)蓚€(gè)重要的電極將鋰離子轉(zhuǎn)化為中性物質(zhì)，并將其能量以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存起來(lái)。此外，它們將這些中性物質(zhì)轉(zhuǎn)化回離子，從而能夠?qū)⑵淠芰恳噪娔艿男问絺鬏敗?/p>
第一個(gè)電極是陽(yáng)極(負(fù)極)，其中鋰離子擁有最大能量。相反，第二個(gè)電極是陰極(正極)，其中鋰離子的能量最低。這種固有的能級(jí)差異解釋了為什么鋰離子在放電過(guò)程中會(huì)自發(fā)地從陽(yáng)極遷移到陰極，使電子能夠在外部跟隨，從而為它們想要供電的外部設(shè)備提供能量。
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