根據(jù)美國(guó)能源部SLAC國(guó)家加速實(shí)驗(yàn)室史丹佛材料與能源科學(xué)研究所(SIMES)以及史丹佛大學(xué)(Stanford University)最近的一項(xiàng)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，挑戰(zhàn)普遍認(rèn)為“快速充電”比緩慢充電對(duì)于電池電極要求更高的看法。
研究人員們?cè)谏钊胩剿麂囯x子電池電極中的微小粒子如何表現(xiàn)后發(fā)現(xiàn)，為電池進(jìn)行快速充電以及高功率快速耗電作業(yè)，并不至于像一般所認(rèn)為的那樣容易耗損，而緩慢進(jìn)行放電與充電的好處也可能一直被過度夸大了。
這項(xiàng)調(diào)查結(jié)果還顯示，科學(xué)家可望透過修改電極或改變電池的方式充電，以便促進(jìn)更均勻的充放電，并進(jìn)一步延長(zhǎng)電池壽命。
史丹佛大學(xué)材料科學(xué)與工程系助理教授William Chueh指出，在這項(xiàng)研究結(jié)果以前，一般認(rèn)為電池電極在充電與放電期間所發(fā)生的現(xiàn)象，只是決定電池壽命的多項(xiàng)因素之一，但這是因?yàn)槲茨軐?duì)此充分理解之故。如今，我們已經(jīng)找到思考電池老化的新方式了。
這項(xiàng)研究結(jié)果可以直接應(yīng)用在當(dāng)今商用鋰離子電池的許多氧化物和石墨烯電極，以及大約一半以上正開發(fā)中的電池。 Chueh的研究團(tuán)隊(duì)包括來自麻省理工學(xué)院(MIT)、桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、三星先進(jìn)技術(shù)研究院以及羅倫斯柏克萊國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LBNL)等研究人員。
研究人員表示，電池耗損的一個(gè)重要原因是電池在充放電期間吸收與釋放來自電解質(zhì)的離子，造成負(fù)極與正極的膨脹與收縮所致。
這項(xiàng)研究的科學(xué)家們仔細(xì)探索由數(shù)十億磷酸鐵鋰奈米粒子組成的電極。如果大部份或所有的奈米粒子主動(dòng)參與充放電過程，也會(huì)更平緩且均勻地吸收與釋放離子。但如果只有一小部份的奈米粗立吸收所有的離子，那么就會(huì)更容易發(fā)生破裂或損壞的情形，從而導(dǎo)致電池性能退化。
先前的研究對(duì)于奈米粒子如何活動(dòng)的方式看法不一。為了進(jìn)一步探索，研究人員們制造出小型的鈕扣電池，以不同程度的電流和不同的時(shí)間快慢為其進(jìn)行充電，然后再迅速移開并滌這些電池，以便完全中斷充放電過程。接著，研究人員們將電極切成極薄的薄片，并送至柏克驗(yàn)室以先進(jìn)光源同步加速器進(jìn)行密集X光檢驗(yàn)。
資料的分析采用MIT開發(fā)的復(fù)雜模型，研究人員發(fā)現(xiàn)，只有一小部份的奈米粒子在充電時(shí)吸收與釋放離子，即使是快速充電時(shí)也一樣。但是，當(dāng)電池放電時(shí)，有趣的事情發(fā)生了：隨著放電速度加快到某種程度時(shí)，越來越多的粒子開始同時(shí)吸收離子，并轉(zhuǎn)變至一種更均勻而較少損壞的模式。這竟味著科學(xué)家應(yīng)該能夠調(diào)整電極材料或制程，而仍保有更長(zhǎng)的電池壽命。
