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固态电池关键材料保持低温原因揭示

作者: admin来源: 本站时间:2025-10-30

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LLZTO(氧化锂镧锆钽)是一种固态电池关键材料,在运行过程中会保持异常低温,被认为是未来固态可充电电池的理想候选。据发表在美国物理学会《PRX 能源》期刊的最新研究,美国加州大学河滨分校工程师团队发现了该材料保持低温的原因。这一突破性发现有望推动更安全、更高能量密度的下一代锂电池研发。

在充放电过程中,电池会因内部化学反应产生热量。如果热量无法及时散发,会使性能下降、寿命缩短,甚至导致电池起火或爆炸。

LLZTO是一种陶瓷材料,可用作固态电解质,提供更高能量密度,同时显著降低过热和起火风险。然而科学家此前并不清楚,这种材料的热导率(传导热量的能力)为何异常之低。

为探究LLZTO的特性,研究人员采用漂浮区法生长出LLZTO单晶。单晶结构可反映材料的本征特性。结果显示,LLZTO的热导率仅为1.59瓦/米·开尔文,约是铜的1/250,表明低热导率是材料的固有属性。通过中子散射实验并结合先进模拟发现,其原因与晶格中原子的振动方式有关。

在固体材料中,热量由声子(原子振动的量子化形式)携带。研究发现,LLZTO中存在大量光学声子模式,这些不同步的振动会与主要传热的声学声子相互作用,使其散射,从而阻碍热传导。

理解LLZTO如何天然阻碍热流,对于掌握固态电池内部温度变化、防范安全风险至关重要。这一发现提供了在原子层面调控热量的新思路,有助于预测电池内部温度分布、改进热管理,从而设计出更安全、更高性能的电池。(记者张佳欣)


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