为什么电池容量越用越少？

wwxx · 发表于 2014-6-5 08:45

为什么电池容量越用越少？
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。

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。

左图箭头所指：锂离子通道；右图为原子丢失层
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”。