一个国际研究小组认为,电动汽车一次充电可以走得更远,电池的使用寿命更长,现在他们已经发现了电池随着时间的推移会失去容量的原因。
例如,众所周知,旧的手机电量耗尽得更快。但是,直到现在,这种普遍现象还没有被完全理解。
在科罗拉多大学博尔德分校的一名工程师的带领下,这一突破可能会导致更好的电池的开发,同时推进能源存储技术,加速向清洁能源的过渡。
该研究的负责人、科罗拉多大学博尔德分校教授迈克尔·托尼说:“我们通过弄清锂离子电池降解的分子水平过程,帮助推进了锂离子电池的发展。”
工程师们多年来一直致力于设计锂离子电池——最常见的可充电电池——而不需要开采钴,这种昂贵的稀有矿物与环境和工人权利有关。
研究人员此前曾尝试使用镍和镁等元素,但这些电池的“自放电”率更高,也就是电池内部化学反应减少储存能量的时候。
由于自放电,大多数电动汽车电池在需要更换之前的使用寿命为7-10年,因此托尼教授和他的团队开始调查其原因。
他解释说,在一个典型的锂离子电池中,携带电荷的锂离子,通过一种叫做电解质的介质,从电池的一边(阳极)移动到另一边(阴极)。在这个过程中,带电离子的流动形成了为电子设备供电的电流。
给电池充电会使带电离子的流动逆转,并使它们回到阳极。
以前,人们认为电池自放电是因为充电时并非所有的锂离子都回到阳极,从而减少了可形成电流的带电离子的数量。
在发表在《科学》杂志上的这项新研究中,研究小组使用了先进光子源——美国能源部位于伊利诺伊州阿贡国家实验室的一台强大的x射线机——发现电池电解质中的氢分子会移动到阴极,并占据锂离子通常结合的位置。结果,锂离子在阴极上的结合空间减少,从而削弱了电流,降低了电池的容量。
托尼说:“这些低钴含量的电池有可能提供更高的行驶里程,但我们也需要确保它们不会在短时间内崩溃。”
现在他们对自放电机制有了更好的了解,工程师们可以探索一些方法来防止这一过程,比如在阴极上涂上一层特殊的材料来阻挡氢分子,或者使用不同的电解质。
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托尼教授补充说:“我们可以告知电池化学界需要改进的地方,(因为)拥有更好的电池对于将我们的能源基础设施从化石燃料转向更多的可再生能源非常重要。”
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