日产汽车研发划时代电池分析技术锂电池耐用性或将大幅提升

近日,日产汽车公司及其全资子公司-日产分析与研究中心宣布,已率先研发出全球首项电池分析技术。通过该技术,日产研发人员可对锂离子电池的阴极材料在充电放电过程中的电子活动进行直接观察,从而进一步研究和设计电池材料,以期研发出容量更高、寿命更长的电池,提高零排放电动车的续航能力,加强电动车的耐用性。

近年来,如何提高纯电动车的电池容量已成为科学界的重要课题。要研发高容量、长寿命的锂离子电池,需要在电极的反应材料中尽量多地储存锂,这样反应材料才能产生尽可能多的电子,而要研发这种材料,精确观察电池内部的电子活动是至关重要的。日产分析与研究中心与东京大学、京都大学以及大阪府立大学的联合研究成果恰恰解决了这一难题。新研发的电池分析技术能够精确地描述在充电及放电过程中,电子是如何从锂离子电池阴极材料的特定元素中被释放出来的,有助于帮助科学家了解充电放电过程中电子的来源,这为未来研究性能更好、寿命更长的电极材料提供了空间。

日产此次新研发的电池分析技术结合了X射线吸收光谱*1中的L吸收限*2和日本超级计算机-地球模拟器*3提供的第一性原理计算法*4。X射线吸收光谱曾用于分析电池内部的电子活动,但大部分分析仅限于通过应用K吸收限观察到原子中受抑制的电子(即由于接近原子核而不参与充电放电的电子),无法观察电解反应中实际参与的电子。此番,日产科研人员通过不懈努力,终于实现了利用L吸收限的X射线吸收光谱观察到直接参与电解反应的电子,再结合观察结果和地球模拟器提供的第一性原理计算法,精确分析电子运动的数量。

目前,日产分析与研究中心已经将新分析技术应用于研发富含锂离子的电极材料,这种材料有望将电池的能量密度提升150%。日产高级副总裁兼日产分析与研究中心总裁高尾麻美表示:“这项分析技术的诞生意味着我们朝着高容量的下一代锂离子电池研发又迈进了重要一步,纯电动车满电状态下的行驶里程将大幅提升。”

作为汽车零排放领域的领军者,日产汽车始终致力于电动车的不断创新发展。自全球首款量产纯电动车-日产聆风发售至今,在电动汽车市场的份额已达45%,成为全球最畅销的电动车产品。而日产汽车的第二款纯电动车型e-NV200轻型商用车也即将在欧洲与日本市场销售。在电动车市场的成功背后,是日产汽车对于先进技术的不懈追求。相信新电池分析技术的成功研发,将助力日产进一步推动纯电动车的发展,为消费者带来更优质的纯电动产品。

注释:
*1.X放射吸收光谱:通过照射不同强度的X射线,测量原子束缚电子的X射线吸收能量(吸收限)范围,分析原子内部结构和电子状态的方法。

*2.吸收限:指物质对X射线的吸收量随辐射频率的增大而改变,当辐射频率增加至某一限度时吸收量会骤然增大,这个限度称作吸收限。吸收限的大小与原子中电子的能级有关,可分为K吸收限和L吸收限。

*3.地球模拟器:由日本宇宙开发事业团、日本原子能研究所以及海洋科学技术中心共同开发的矢量型超级计算机,通过在计算机内设置“虚拟地球”,以预测及解析整个地球的大气循环、地壳变动、地震发生等大规模计算为目的而开发。

*4.第一性原理计算法:不使用实验值的情况下计算电子状态的方法。

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