權(quán)威實驗探究：快速充電真的容易損壞電池嗎？

　　根據(jù)美國能源部SLAC國家加速實驗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”比緩慢充電對于電池電極要求更高的看法。

　　研究人員們在深入探索鋰離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因素之一，但這是因為未能對此充分理解之故。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)隊包括來自麻省理工學(xué)院（MIT）、桑迪亞國家實驗室、三星先進(jìn)技術(shù)研究院以及羅倫斯柏克萊國家實驗室（LBNL）等研究人員。

　　研究人員表示，電池耗損的一個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。

　　這項研究的科學(xué)家們仔細(xì)探索由數(shù)十億磷酸鐵鋰納米粒子組成的電極。如果大部份或所有的納米粒子主動參與充放電過程，也會更平緩且均勻地吸收與釋放離子。但如果只有一小部份的納米粗立吸收所有的離子，那么就會更容易發(fā)生破裂或損壞的情形，從而導(dǎo)致電池性能退化。

　　先前的研究對于納米粒子如何活動的方式看法不一。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，并送至柏克驗室以先進(jìn)光源同步加速器進(jìn)行密集X光檢驗。

　　史丹佛大學(xué)研究生李一洋（Yiyang Li）表示，在充放電期間，一次就可以看到數(shù)千電極納米粒子，并且拍下不同階段的快照。

　　史丹佛大學(xué)研究生李一洋測試鋰離子鈕扣電池，觀察電池正極中數(shù)十億個納米粒子針對不同充放電速度的反應(yīng)。（來源：SLAC National Accelerator Laboratory）

　　數(shù)據(jù)的分析采用MIT開發(fā)的復(fù)雜模型，研究人員發(fā)現(xiàn)，只有一小部份的納米粒子在充電時吸收與釋放離子，即使是快速充電時也一樣。但是，當(dāng)電池放電時，有趣的事情發(fā)生了：隨著放電速度加快到某種程度時，越來越多的粒子開始同時吸收離子，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，而仍保有更長的電池壽命。