leiphone 張學元

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，如果不能重複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麼。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。Brookhaven National Laboratory的團隊通過透射電子顯微鏡觀察高品質鎳氧陰極，並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，並生成微小的晶體。這些晶體會改變電池內部的結構，並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，並沒有任何規律可言。

鋰電池不夠完美的原因在於，電池的元件本來就不完美。無論我們多麼注意陰陽極的結構，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。

所以有什麼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，並讓老舊的電池“重生”。

這項研究可能比增加電池容量還來的有價值。對於硬體來說，產品的壽命取決於他們能夠充放電多少次。目前，很多硬體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”。

Via：Extreme Tech