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納米晶體使電池用越久電量越少

鉅大LARGE  |  點擊量:1057次  |  2020年04月16日  

電池的耐用程度一直讓研究人員非常糾結,因為無論電池的容量多大,如果不能重復多次充電就沒有意義。我們都知道鋰電池會隨著使用而減少容量,但從來就沒有人知道為什么。近日,美國能源機構發現了電池衰老的原因:納米尺寸的晶體。


學者仔細研究了現代電池陰陽極的材料,他們發現這些材料直接會在使用過程中受到腐蝕,但腐蝕的機制尚未明確。BrookhavenNationalLaboratory的團隊通過透射電子顯微鏡觀察高質量鎳氧陰極,并記錄它們在反復充放電時的變化。


該實驗表明,當鋰離子通過陰陽極的時候,會卡在離子通道當中,它們會和鎳氧化物反應,并生成微小的晶體。這些晶體會改變電池內部的結構,并讓其他離子無法高效的反應,從而減少了可用的電池容量。令人驚訝的是,這樣的衰弱是隨機的,并沒有任何規律可言。


鋰電池不夠完美的原因在于,電池的元件本來就不完美。無論我們多么注意陰陽極的結構,微小的損傷就會產生晶體。就像煮水的時候,表面不平的容器更容易讓熱水產生氣泡。可以這樣說,只要電池材料有缺口,納米晶體就會產生。



左圖箭頭所指:鋰離子通道;右圖為原子丟失層


美國能源機構還發起了第二項研究,探索充電速度對電池容量的影響。他們發現,現代電池體積越來越小,這反而會減短電池的壽命。電池的體積越大,充電速度越快,納米晶體形成的就越慢。


所以有什么方法可以預防納米晶體的產生呢?至少讓這個過程變得更慢吧。理論上是有解決方法的。學者發現用一種原子沉積物,它可以填充電池材料的缺陷,這至少能夠減緩納米晶體的產生。這樣的方法雖然治標不治本,但它至少能夠讓電池在不犧牲耐用度的前提下減小體積。當然,學者們也在想辦法打破這些晶體,并讓老舊的電池重生。


這項研究可能比增加電池容量還來的有價值。對于硬件來說,產品的壽命取決于他們能夠充放電多少次。目前,很多硬件使用不可拆卸的電源系統,這項研究可能可以讓我們不再做電奴。


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