Tajomstvo starnutia batérie

Dosah batérie bol pre výskumníkov vždy problémom, pretože bez ohľadu na to, aká veľká je batéria, nemá zmysel ju viackrát nenabíjať. Všetci vieme, že lítiové batérie počas používania znížia kapacitu, ale nikto nepozná dôvod. Nedávno americké ministerstvo energetiky objavilo príčinu starnutia batérie: kryštály v nanoúrovni.

Výskumníci starostlivo študovali katódové materiály a katódové materiály moderných batérií a zistili, že tieto materiály budú korodovať priamo počas používania, ale mechanizmus korózie je stále nejasný. Tím Brookhaven National Laboratory študoval kvalitné niklovo-kyslíkové katódy pod transmisným elektrónovým mikroskopom a zaznamenával ich zmeny pri opakovanom nabíjaní a vybíjaní.

Čím viac používate, tým menej používate

Experimenty ukázali, že keď lítiové ióny prechádzajú cez kladné a záporné elektródy, uviaznu v iónovom kanáli a reagujú s oxidom niklu za vzniku drobných kryštálikov. Tieto kryštály zmenia vnútornú štruktúru batérie tak, že ostatné ióny nedokážu efektívne reagovať, čím sa zníži využiteľná kapacita batérie. Prekvapivo je táto slabosť náhodná, nie pravidelná.

Dôvod, prečo sú lítiové batérie nedokonalé, je ten, že ich komponenty sú nedokonalé. Bez ohľadu na to, ako venujeme pozornosť štruktúre anódy a katódy, dôjde k miernemu poškodeniu kryštálov. Rovnako ako vriaca voda, nerovný povrch zvyšuje pravdepodobnosť penenia horúcej vody. Predpokladá sa, že keď dôjde k medzere v údajoch o batérii, objavia sa nanokryštály.

Čím viac používate, tým menej používate

Šípka doľava: lítium-iónový kanál; vpravo je vrstva atómových strát

Americká energetická agentúra spustila aj druhú štúdiu o vplyve rýchlosti nabíjania na kapacitu batérie. Zistili, že moderné batérie sú stále menšie a menšie, čo následne znižuje ich životnosť. Čím väčšia je batéria a čím rýchlejšie sa nabíja, tým pomalšia je rýchlosť tvorby nanokryštálov.

Ako teda môžeme zastaviť objavovanie sa nanokryštálov? Nech to aspoň spomalí. Existuje teoretické riešenie. Vedci zistili, že pomocou atómovej depozície môžu vyplniť medzery v údajoch o batériách, čo môže aspoň spomaliť vývoj nanokryštálov. To znižuje bolesť, ale aspoň umožňuje zmenšiť batériu bez obetovania kapacity. Samozrejme, výskumníci tiež študujú spôsoby, ako rozbiť kryštály a regenerovať staré batérie.

Tento výskum môže byť cennejší ako nová kapacita batérie. V prípade hardvéru závisí životnosť produktu od počtu nabití a vybití. Keďže napájací systém používaný mnohými hardvérmi nemožno vypnúť, tento výskum nám môže pomôcť prestať byť otrokmi energie.
与 此 原文 有关 的 更多 信息 要 查看 其他 翻译 信息 ， 您 必须 输入 相应 原文