哪些因素决定电池的充电速度?卡尔斯鲁厄理工学院 (KIT) 的研究人员借助计算机模拟研究了这个问题和其他问题。

微观结构模型有助于发现和研究新的电极材料。当钠-镍-锰氧化物用作钠离子电池的阴极材料时，模拟结果显示充电过程中晶体结构会发生改变。这些改变会导致弹性变形，从而导致容量下降。

该研究发表在《npj 计算材料》上。

研究新电池材料的目的是优化电池性能和使用寿命并降低成本。目前还在努力减少锂和钴等稀有元素以及有毒成分的消耗。

钠离子电池在这方面被认为非常有前景。它们基于与锂离子电池类似的原理，但可以用欧洲广泛使用的原材料生产。它们既适合固定应用，也适合移动应用。

卡尔斯鲁厄理工学院应用材料微结构建模与仿真研究所 (IAM-MMS) 组长兼该研究的通讯作者 Simon Daubner 博士表示：“层状氧化物，例如钠-镍-锰氧化物，是非常有前途的阴极材料。”在 POLiS(代表锂后存储)卓越集群中，他研究钠离子技术。

快速充电会产生机械应力

然而，这种类型的阴极材料存在一个问题：钠镍锰氧化物会根据钠的储存量而改变其晶体结构。如果材料缓慢充电，一切都会井然有序地进行。

“钠一层一层地留在材料上，就像汽车一层一层地离开停车场一样，”道布纳解释道。 “但是当充电速度很快时，钠会从各个方向被提取出来。”这会产生机械应力，可能会永久损坏材料。

来自卡尔斯鲁厄理工学院纳米技术研究所(INT)和IAM-MMS的研究人员与乌尔姆大学和巴登符腾堡州太阳能和氢研究中心(ZSW)的科学家最近进行了模拟，以澄清这一情况。