鋰離子電池老化的秘密

電池的使用范圍一直是研究人員關(guān)注的問題，因?yàn)椴还茈姵赜卸啻螅欢啻纬潆娛菦]有意義的。我們都了解鋰離子電池在使用時(shí)會(huì)降低容量，但沒有人了解為何。最近，美國能源機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)了電池老化的原因:納米級(jí)晶體。

學(xué)者們對(duì)現(xiàn)代電池的正極和負(fù)極材料進(jìn)行了仔細(xì)的研究，發(fā)現(xiàn)這些材料在使用過程中會(huì)受到直接的腐蝕，但是腐蝕的機(jī)理并不清楚。布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)在透射電子顯微鏡下研究了高質(zhì)量的鎳氧陰極，并記錄了它們在反復(fù)充電和放電時(shí)的變化。

用得越多，用得越少

實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)鋰離子通過正極和負(fù)極時(shí)，它們會(huì)卡在離子通道中，與鎳氧化物發(fā)生反應(yīng)，形成微小的晶體。這些晶體改變了電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使得其他離子無法有效反應(yīng)，從而降低了電池的可用容量。令人驚訝的是，這種弱點(diǎn)是隨機(jī)的，而不是規(guī)律的。

鋰離子電池不完美的原因是它的組件不完美。無論我們多么注意陽極和陰極的結(jié)構(gòu)，都會(huì)對(duì)晶體出現(xiàn)輕微的損傷。就像沸水相同，不平整的表面使熱水更容易起泡。可以認(rèn)為納米晶體是在電池?cái)?shù)據(jù)出現(xiàn)缺口時(shí)出現(xiàn)的。

用得越多，用得越少

左圖箭頭所指:鋰離子通道;原子損耗層顯示在右邊

美國能源機(jī)構(gòu)還啟動(dòng)了第二項(xiàng)有關(guān)充電速度對(duì)電池容量影響的研究。他們發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代電池越來越小，這反過來又縮短了它們的壽命。電池越大，充電越快，納米晶體的形成就越慢。

那么我們可以做些什么來阻止納米晶體的出現(xiàn)呢?至少讓它慢一點(diǎn)。有一個(gè)理論上的解決方法。研究人員發(fā)現(xiàn)，通過使用原子沉積，他們可以填補(bǔ)電池?cái)?shù)據(jù)的缺陷，這至少可以減緩納米晶體的發(fā)展。這種方法雖然可以減輕痛苦，但至少可以讓電池在不犧牲容量的情況下縮小。當(dāng)然，學(xué)者們也在想辦法打破晶體，再生舊電池。

這項(xiàng)研究可能比新增電池容量更加有價(jià)值。關(guān)于硬件來說，產(chǎn)品的壽命取決于它們的充放電次數(shù)。現(xiàn)在，隨著許多硬件使用無法斷開的電力系統(tǒng)，這項(xiàng)研究可能讓我們不再是電力奴隸。