举个栗子:为什么电池用越久电量就越少?纳米晶体作祟

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电池的耐用程度一直让研究人员非常纠结,因为无论电池的容量多大,如果不能重复多次充电就没有意义。我们都知道锂电池会随着使用而减少容量,但从来就没有人知道为什么。近日,美国能源机构发现了电池“衰老”的原因:纳米尺寸的晶体

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学者仔细研究了现代电池阴阳极的材料,他们发现这些材料直接会在使用过程中受到腐蚀,但腐蚀的机制尚未明确。Brookhaven National Laboratory的团队通过透射电子显微镜观察高质量镍氧阴极,并记录它们在反复充放电时的变化。

该实验表明,当锂离子通过阴阳极的时候,会“卡”在离子通道当中,它们会和镍氧化物反应,并生成微小的晶体。这些晶体会改变电池内部的结构,并让其他离子无法高效的反应,从而减少了可用的电池容量。令人惊讶的是,这样的衰弱是随机的,并没有任何规律可言。

锂电池不够完美的原因在于,电池的元件本来就不完美。无论我们多么注意阴阳极的结构,微小的损伤就会产生晶体。就像煮水的时候,表面不平的容器更容易让热水产生气泡。可以这样说,只要电池材料有缺口,纳米晶体就会产生。

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美国能源机构还发起了第二项研究,探索充电速度对电池容量的影响。他们发现,现代电池体积越来越小,这反而会减短电池的寿命。电池的体积越大,充电速度越快,纳米晶体形成的就越慢。

所以有什么方法可以预防纳米晶体的产生呢?至少让这个过程变得更慢吧。理论上是有解决方法的。学者发现用一种原子沉积物,它可以填充电池材料的缺陷,这至少能够减缓纳米晶体的产生。这样的方法虽然治标不治本,但它至少能够让电池在不牺牲耐用度的前提下减小体积。当然,学者们也在想办法打破这些晶体,并让老旧的电池“重生”。

这项研究可能比增加电池容量还来的有价值。对于硬件来说,产品的寿命取决于他们能够充放电多少次。目前,很多硬件使用不可拆卸的电源系统,这项研究可能可以让我们不再做“电奴”。(译者:张学元;Via:Extreme Tech)

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