美國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了鋰離子電池壽命變短的原因

在最新一期《科學(xué)進(jìn)展》(scienceadvances)雜志上發(fā)表的一篇論文中，美國(guó)科學(xué)家表示，鋰離子電池中鋰離子濃度的波動(dòng)，可以解釋鋰離子電池壽命較短的原因，并可能有助于開(kāi)發(fā)出充電速度更快、續(xù)航時(shí)間更長(zhǎng)的電池。

美國(guó)能源部布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(brookhavennationallaboratory)領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員最近發(fā)現(xiàn)，假如電池的電極是由納米顆粒構(gòu)成的，那么當(dāng)電池出現(xiàn)電流時(shí)，部分納米顆粒中的鋰離子濃度會(huì)先上升后下降，而不是像之前認(rèn)為的那樣上升。

晶格是晶體中粒子按幾何順序排列的結(jié)構(gòu)。鋰離子電池的工作原理是在正極和負(fù)極晶格之間移動(dòng)鋰離子。當(dāng)帶電時(shí)，它們從正極流向負(fù)極，反之亦然。

就像一塊海綿，讓我們看到納米顆粒中鋰離子的濃度在不斷新增，布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室主持討論的可持續(xù)能源技術(shù)科學(xué)家王峰說(shuō)，但與水不同，鋰離子可以選擇性地從某些區(qū)域，形成鋰離子濃度的晶格之間。

研究人員指出，在鋰離子進(jìn)入晶格之前，晶格的結(jié)構(gòu)是非常均勻的，一旦鋰離子進(jìn)入，晶格就會(huì)拉伸，而當(dāng)鋰離子流出晶格時(shí)，晶格就會(huì)收縮。鋰離子的不均勻運(yùn)動(dòng)可能是一個(gè)持久的危害，因?yàn)樗鼤?huì)扭曲電池中活性成分的結(jié)構(gòu)，并可能導(dǎo)致疲勞和失效。

研究人員認(rèn)為，這也可能發(fā)生在其他高性能電池的化學(xué)物質(zhì)中，這可能有助于開(kāi)發(fā)充電時(shí)間更短、待機(jī)時(shí)間更長(zhǎng)的電池。