普渡大學的一個研究小組發表了一篇研究報告，研究鋰離子電池活性和非活性元素之間的關系，以及它們各自成分的微觀和納米結構如何反映電池的性能和安全性。

該研究最近在ACSAppliedMaterials＆Interfaces雜志的封面上刊登。

“可再充電電池無處不在，”機械工程副教授，研究首席研究員ParthaMukherjee說。“我們可能隨時隨身攜帶兩到三部便攜式電子產品。但是電池本身的不同元素之間的相互作用仍然不清楚。我的研究希望彌合這一差距。”

在Mukherjee的實驗室，能源和運輸科學實驗室（ETSL），研究人員研究各種形式的能源運輸和儲存，包括電池和燃料電池。他們使用計算機建模來提出涉及組成元素的新配置，然后在實驗室中測試不同的現象。YouTube視頻可通過www.youtube.com/watch?v=_mK_mDmhjIg獲取。

“這就像烘烤蛋糕，”AashutoshMistry博士說。機械工程的候選人。“你應該使用多少面團？你應該放多少櫻桃，這樣它的味道很好？以同樣的方式，我們看看這些電池電極的基本比例或配方。任何你在微觀上改變的東西最終都會影響整體性能。”

“例如，讓我們來看電動車吧，”穆克吉說。“人們對三件事感興趣。性能：我能開多快的車？生活：在充電之前我能開多久？最后，安全問題。我們已經看到這些電池以驚人的方式公開失敗，在智能手機和電動汽車中爆炸。所以，這三個方面-性能，生活和安全-都非常重要。這可能是一個棘手的平衡，讓一切都正確。”

有時他們的實驗室正在努力重現故意的失敗。在一輛典型的電動汽車中，電池不是一個巨大的單元，而是數千個單獨的電池連接在一起。如果失敗了，附近的其他人會發生什么？對于一個測試，24個單元（大約一個磚的大小）的樣本模塊故意過度充電。一個細胞爆炸，導致所有細胞著火的連鎖反應。

“一個電池內部的溫度和壓力非常高，它融化了金屬外殼，引起火災，”博士說。候選人丹尼爾羅伯斯，因為他拿著一個塑料袋燒焦的遺體。“在電動汽車中，有幾千個這樣的電池，這些電池都位于你的座位下面！這就是為什么了解這些現象的基本原理非常重要，所以我們可以防止它發生。”

可充電電池通常包含正電極和負電極，由“活性材料”組成以儲存鋰。在兩個電極之間是隔膜，并且在整個過程中都有液體電解質來傳輸鋰離子。最后，諸如導電添加劑和粘合劑（稱為“第二相”）的電化學非活性材料的組合有助于塑造復合多孔電極中的物理成分并增強導電性。在已發表的研究中，Mukherjee和他的團隊研究了微觀和納米尺度上的活性物質與次生階段之間的關系-孔隙率，物理形狀及其相互作用。改變任何這些特性都會導致電池整體性能的顯著變化。

“對于理解這些復雜的相互作用，我們還處于初級階段，”Mukherjee說。“但這是我們研究的關鍵。我們將微型和納米級的發展與電池的性能，生命和安全聯系起來。”

隨著可充電電池的普及，其研究變得更加重要。“從便攜式電子產品到車輛，甚至在大型電網中，電池正在被廣泛使用。這是一個非常激動人心的時間來進行儲能研究。”