在《自然能源》雜志上發(fā)表的一項研究中，德克薩斯農工大學 Artie McFerrin 化學工程系教授 Perla Balbuena 博士和 Jorge Seminario 博士開發(fā)了一種新方法，利用量子技術來了解外部壓力對鋰金屬電池的影響機械師。更深入地了解鋰離子在壓力下的行為可以推進和改進鋰金屬電池制造工藝，從而開發(fā)更持久、更高效的電池技術。
“這項工作完美地展示了第一原理從頭分析對宏觀過程設計的影響，”巴爾布埃納說。“類似的方法可用于開發(fā)改進的化學和物理過程，影響化學工程、電氣、機械、材料科學和生物領域。”
這項研究是在 Battery500 聯(lián)盟的領導下進行的，該聯(lián)盟是國家實驗室和學術界之間的一個合作項目，致力于開發(fā)更可靠、高性能的汽車電池，并由太平洋西北國家實驗室領導，旨在幫助實現(xiàn)能源部設定的目標。
鋰離子電池徹底改變了移動電子產品，推動了納米電子學和可以輕松放入口袋的緊湊型設備的發(fā)展。盡管鋰離子電池用于智能手機、手表、玩具、筆記本電腦、電動汽車和電網(wǎng)，但仍然面臨許多問題，其中最重要的問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兩個重要的電極將鋰離子轉化為中性物質，并將其能量以化學能的形式儲存起來。此外，它們將這些中性物質轉化回離子，從而能夠將其能量以電能的形式傳輸。
第一個電極是陽極(負極)，其中鋰離子擁有最大能量。相反，第二個電極是陰極(正極)，其中鋰離子的能量最低。這種固有的能級差異解釋了為什么鋰離子在放電過程中會自發(fā)地從陽極遷移到陰極，使電子能夠在外部跟隨，從而為它們想要供電的外部設備提供能量。
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