電池的耐用程度一直讓研究人員非常糾結(jié)，因?yàn)闊o(wú)論電池的容量多大，如果不能重復(fù)多次充電就沒(méi)有意義。我們都知道鋰電池會(huì)隨著使用而減少容量，但從來(lái)就沒(méi)有人知道為什么。近日，美國(guó)能源機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)了電池“衰老”的原因：納米尺寸的晶體。

學(xué)者仔細(xì)研究了現(xiàn)代電池陰陽(yáng)極的材料，他們發(fā)現(xiàn)這些材料直接會(huì)在使用過(guò)程中受到腐蝕，但腐蝕的機(jī)制尚未明確。Brookhaven National Laboratory的團(tuán)隊(duì)通過(guò)透射電子顯微鏡觀察高質(zhì)量鎳氧陰極，并記錄它們?cè)诜磸?fù)充放電時(shí)的變化。
該實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)鋰離子通過(guò)陰陽(yáng)極的時(shí)候，會(huì)“卡”在離子通道當(dāng)中，它們會(huì)和鎳氧化物反應(yīng)，并生成微小的晶體。這些晶體會(huì)改變電池內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，并讓其他離子無(wú)法高效的反應(yīng)，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(jī)的，并沒(méi)有任何規(guī)律可言。
鋰電池不夠完美的原因在于，電池的元件本來(lái)就不完美。無(wú)論我們多么注意陰陽(yáng)極的結(jié)構(gòu)，微小的損傷就會(huì)產(chǎn)生晶體。就像煮水的時(shí)候，表面不平的容器更容易讓熱水產(chǎn)生氣泡�？梢赃@樣說(shuō)，只要電池材料有缺口，納米晶體就會(huì)產(chǎn)生。

左圖箭頭所指：鋰離子通道；右圖為原子丟失層
美國(guó)能源機(jī)構(gòu)還發(fā)起了第二項(xiàng)研究，探索充電速度對(duì)電池容量的影響。他們發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代電池體積越來(lái)越小，這反而會(huì)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。
所以有什么方法可以預(yù)防納米晶體的產(chǎn)生呢？至少讓這個(gè)過(guò)程變得更慢吧。理論上是有解決方法的。學(xué)者發(fā)現(xiàn)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(chǎn)生。這樣的方法雖然治標(biāo)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(dāng)然，學(xué)者們也在想辦法打破這些晶體，并讓老舊的電池“重生”。
這項(xiàng)研究可能比增加電池容量還來(lái)的有價(jià)值。對(duì)于硬件來(lái)說(shuō)，產(chǎn)品的壽命取決于他們能夠充放電多少次。目前，很多硬件使用不可拆卸的電源系統(tǒng)，這項(xiàng)研究可能可以讓我們不再做“電奴”。