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美国能源部（DOE）阿贡国度试验室（Argonne National Laboratory）的研讨职员揭示了电池失效的早期迹象。他们的研讨涉及一种名为公众软短路"大众（soft-shorts）的环境，为研讨界提供了名贵的常识和办法，以便设计出更好的电动汽车（EV）电池。
阿贡团队的研讨重点是全固体电池，其阳极（负极）由锂金属制成。很多人将这种装备视为电池技术的"大众圣杯"大众。为什么这么说呢。由于锂金属可以在很小的空间内储存年夜量电荷。这意味着，与传统的石墨阳极锂离子电池相比，它能使电动汽车的行驶里程更长。
然而，锂金属会与传统电池中的液态电解质产生高度反响，这给操作带来了挑战。电解质是在电池的两个电极之间移动被称为离子的带电粒子的资料，可将储存的能量转化为电能。
（图片来源网络，侵删）
正常事情的电池放电时，离子从阳极经由过程电解质流向阴极（正极），与此同时，电子从阳极流向外部装备（如手机或电动汽车电机），然后返回阴极。电子流为装备供电。当电池充电时，电子流会反向流动。
锂金属的使用每每会破坏这一进程，在充电进程中，锂枝晶会从阳极生长出来并渗入电解液。假如这些枝晶长得足够年夜并一直延长到阴极，它们就会在电极之间形成一条永远性的公众导线"大众。终极，电池中的所有电子都邑经由过程这根线从一个电极流向另一个电极，而不会流出电池为装备供电，这一进程也会阻止离子在电极之间流动。
公众这便是所谓的内部短路，"大众阿贡博士后、团队首席研讨员迈克尔-坎尼汉（Michael Counihan）说，电池产生故障后就不再为装备供电。
将锂金属阳极置于固态电池中（换句话说，便是使用固态电解质的电池），有可能削减与枝晶相关的挑战，同时还能保存锂的长处。
阿贡团队正在开发一种用于电动汽车电池的新型固体电解质，并注意到了一种不寻常的行动。
"大众当我们在试验室中操作电池时，我们察看到了异常小、异常短暂的电压颠簸，"大众Counihan 说。我们决议进行更深刻的研讨。
研讨职员对电池进行了数百小时的重复充电和放电，并丈量了电压等各类电气参数。研讨小组肯定，电池正在阅历软短路，这是一种微小的临时性短路。软短路时，枝晶会从阳极向阴极生长。但增加量比永远短路时要小。一些电子留在电池内部，另一些则可能流向外部装备。电极之间的离子流可能会继续流动。所有这些流动都邑产生很年夜的变化。
研讨小组与阿贡计算专家互助开发了模子，用于猜测软短途经程中的离子流和电子流数目。这些模子斟酌到了枝晶尺寸和电解质特征等因素。
带有软短路的电池可以连续事情数小时、数天乃至数周。但阿贡研讨小组发现，跟着光阴的推移，枝晶的数目通常会增长，终极导致电池失效。
Counihan说：公众软短路是通向电池永远故障悬崖的第一步。"大众
动态行动
研讨小组的进一步研讨发现，软短路具有异常动态的行动。它们每每在短短的微秒或毫秒内形成、消散和重组。
Counihan说："大众这对电池研讨职员来说是一个紧张的启示。在试验室进行典型的电池测试时，研讨职员可能每隔一分钟左右才丈量一次电压。在这段光阴里，电池可能会错过成千上万软短路的形成和殒命。它们就像一个个小鬼魂，在不知不觉中破坏着电池。"大众
软短路最常见的缘故原由是发烧。当电子流经枝晶时，会发生热量，相似于家用电器电线的发烧，热量会敏捷熔化，尤其是在四周电解液具有隔热机能的环境下。
当枝晶与某些电解质产生反响时，软短路就会消融，阿贡研讨小组正在研讨的某些固体电解质会在枝晶达到阴极之前将其堵截，从而导致内部短路。
在对软短路进行普遍研讨的进程中，阿贡团队开发并演示了几种检测和阐发软短路征象的新办法。例如，一种办法可以量化软短路对电池电流阻力的影响水平。因为分歧的电池组件都可能造成这种阻力，是以分别出软短路造成的阻力可以赞助研讨职员更好地评估电池的康健状态。
这项研讨比来颁发在《焦耳》（Joule）杂志上，此中包含近 20 种检测和阐发技术。此中约三分之一的办法来自该团队比来的研讨。研讨申报的作者从研讨界非正式的、未颁发的常识中网络了其他办法。
Counihan说："大众我们意识到，文献中没有一篇论文使用了此中两种以上的技术。为了让这份清单对研讨职员更有效，我们参加了关于每种办法优毛病的信息。因为软短线的动态性很强，是以对付研讨职员来说，有许多对象可以使用，以便更好地相识软短线的影响。"大众
研讨小组愿望为天下各地的研讨职员提供有关软短路的见解，为他们的事情提供参考。例如，论文中的技术可以赞助推动阻止枝晶生长的硬固体电解质的设计。
Counihan说："大众当研讨职员相识电池中软短路的动态时，他们就能更好地改良资料，避免这些失效道路。"大众
参考文献：Michael J. Counihan、Kanchan S. Chavan、Pallab Barai、Devon J. Powers、Yuepeng Zhang、Venkat Srinivasan 和 Sanja Tepavcevic 合著的《固态电池研讨中动态软短路的鬼魂威逼》，2023 年 12 月 6 日，《焦耳》。
DOI: 10.1016/j.joule.2023.11.007
编译起源：ScitechDaily
