相场法全耦合多物理场建模:硅颗粒在嵌锂脱锂过程中的断裂行为
一项全耦合质量传输、变形、相场与疲劳损伤的多物理场模型被开发用于研究硅颗粒在单次嵌锂-脱锂循环中的开裂行为及多次循环中的疲劳损伤。结果表明,充电倍率、颗粒直径和预存缺口长度的增加均导致更大的开裂速率和更快的颗粒断裂,更长预存缺口和更高充电倍率会缩短颗粒循环寿命。在颗粒中引入纳米孔可减少膨胀、耗散全局拉应力并延长裂纹扩展路径。
一项全耦合质量传输、变形、相场与疲劳损伤的多物理场模型被开发用于研究硅颗粒在单次嵌锂-脱锂循环中的开裂行为及多次循环中的疲劳损伤。结果表明,充电倍率、颗粒直径和预存缺口长度的增加均导致更大的开裂速率和更快的颗粒断裂,更长预存缺口和更高充电倍率会缩短颗粒循环寿命。在颗粒中引入纳米孔可减少膨胀、耗散全局拉应力并延长裂纹扩展路径。
研究提出分层堆叠优化框架 SoDip,融合 DeepSeek-R1、TabNet、XGBoost、GPR 与 DPMM,用于辐射诱导接枝聚合的加速设计。该框架在交叉验证中较 GPR 提升约 33%,并提供可校准的置信区间以识别低重现性区间。
研究开发了一种由单元径向极化管状压电陶瓷构成的管式换能器,激发后产生轴向聚焦声场,高速成像与声化学发光表征显示其空化强度达到或超过超声变幅杆尖端水平,且空化分布贯穿管腔、峰值活性位于中心轴。该换能器与超声变幅杆分别用于锂离子电池负极石墨涂层剥离,对完整和已剥落的负极片均进行了评估。研究讨论了管式换能器技术面向高通量流动式应用的发展前景。
研究提出全耦合化学-力学-损伤相场框架,预测核壳结构正极颗粒的机械失效与容量衰减,并以 NMC811@NMC532 为案例量化开裂严重程度。结果显示,当核心锂浓度显著高于壳层时表面裂纹萌生,核壳界面处因壳层膨胀产生的局部环向应力引发界面脱粘,单次放电后容量损失可超 10%。大颗粒还可能因拉伸区扩展出现裂纹分支,导致颗粒整体碎裂。
研究采用空间分辨率约 150 um、视场 20x20 cm2 的中子成像,定量解析 LiFePO4/石墨软包电芯在高温加速老化下的电解液存量与分布。基于中子透射衰减的标准曲线给出 3.18 g Ah-1 的电解液干涸阈值,并量化了老化过程中电解液指数的两阶段演变。
推荐理由:该工作用中子成像定量追踪 LFP/石墨软包电芯高温老化中的电解液消耗与干涸阈值,为无损诊断电解液状态提供了可迁移方法。
研究用四种机器学习模型预测生物质硬碳负极的容量与首次库仑效率(ICE),并借助 TabPFN 数据增强提升小数据条件下的模型稳健性。XGBoost 表现最佳,容量预测 R² 达 0.854、RMSE 为 23.290 mAh g⁻¹,ICE 预测 R² 达 0.868、RMSE 为 3.813%。
一种同步 ADF-EDS-EELS 断层成像方法可在单次低剂量 STEM 倾转系列采集中,对 NCM111 正极颗粒的原子结构、成分、价态及过渡金属不均匀性进行三维映射。研究发现化学成分在整个一次颗粒内均匀演变,而价态变化与过渡金属偏析强烈依赖深度并集中于表面附近,其不均匀性与价态演化偏离简单相变模型,表明离子迁移与溶解驱动偏析共同作用。
研究将常相元件(CPE)的弥散系数与能量比关联,通过RC网络等效将输入能量分解为容性模式存储与阻性模式耗散两部分。对恒压、电压斜坡和二次电压输入三种情形推导解析表达式,发现任意两种能量之比均为弥散系数的纯函数,与激励幅值和材料参数无关。该结果为超级电容器表征和电池建模提供了热力学/能量学新视角。
ANISSA(Advanced Neutron Imaging for Solid-State batteries in Action)项目提出一套结合高分辨率中子成像与 X 射线成像的集成实验框架,用于研究锂基储能系统中电-化学-力学耦合过程。
这篇综述探讨了晶界在陶瓷固态电解质和锂金属负极中对离子与电子传输、枝晶与空洞形成的影响,并将其与失效机制相关联。文章讨论了晶界处空间电荷层的形成与结构、其对局部缺陷化学的调制作用,以及晶界作为快离子通道或失效脆弱位点的条件。综述还比较了不同固态电解质晶界的差异,并总结了建模、实验表征与工艺技术方面的进展。
研究利用 operando 同步辐射 X 射线纳米全息断层扫描结合 Digital Volume Correlation,在颗粒和电极两个尺度追踪高容量硅-石墨负极化成循环中的化学力学动态。
研究者采用铜离子注入策略,在商用铜箔中去除原生氧化层并生成亚表面空位团簇,不增加集流体厚度即改变界面化学。这些空位作为强氧陷阱防止再氧化,并引导形成超薄富Li2O的SEI,促进锂均匀沉积。在无负极锂金属电池中,该集流体在贫电解液条件下实现600次循环、库仑效率98.8%。
一项实验与仿真结合的研究以 α-V2O5 单晶和多晶 NCM 为模型正极材料,揭示了电解液浸润与断裂之间的相互强化机制:断裂面浸润促进(脱)锂和成分非均匀性,浸润又影响断裂模式、扩展距离与方向。经验证的多物理场模型进一步模拟恒流充放电下的多晶 NCM 颗粒,表明浸润在促进断裂的同时可提升整体容量。
Interesting Engineering 报道了利用激光技术改善电动汽车电池的 BatMan 项目。
加勒比海正被大量海藻覆盖,科学家尝试将这种海藻转化为航空燃料和电池。该研究由NREL相关渠道发布,目标是探索海藻在能源与电池材料上的利用路径。
NREL 指出日历老化研究对硅基电池的未来至关重要。硅基电池在静置状态下的老化行为仍需深入研究,以支撑其后续应用。
Argonne 国家实验室的 ReCell 中心致力于电池回收研究,目标是节省昂贵的镍和钴并改变全球电池回收格局。
NREL 科学家发现一种用于镁金属电池的新方法。该进展由 Charged EVs 报道,具体技术细节与性能数据尚未披露。
研究克服了镁金属电池的重大技术障碍。镁金属电池因镁资源丰富、理论体积能量密度高而被视为替代锂离子电池的候选体系,但此前受限于技术难题难以实用化。