研究人员最近解开了电池退化的根本原理，这一发现可能会彻底革新锂离子电池的设计。这样的进步不仅能显著提升电动汽车（EV）的续航和使用寿命，还能进一步促进环保能源储存方案的发展。
该研究明确了氢分子在电池内如何干预锂离子的运动，这为我们提供了开发更可持续、更经济电池技术的新视角。
揭示电池老化机理
随着时间推移，电池容量逐步降低是普遍现象，例如旧手机电量耗尽更快。然而，这种普遍现象的成因尚未完全明了。
科罗拉多大学博尔德分校的一位工程师领导的一个国际研究小组刚刚揭示了背后潜在的机制。这些发现将助力科学家设计出更优异的电池，让电动汽车行驶得更远，寿命更长，并同时推动能源存储技术向前发展，加快转向清洁能源的步伐。
研究成果已于9月12日发表在《科学》杂志上。
对可再生能源和电动汽车的影响
该论文的通讯作者、化学与生物工程系教授迈克尔·托尼表示：“通过深入理解锂离子电池降解过程中的分子级变化，我们正在推进锂离子电池的技术发展。对于将我们的能源基础设施从化石燃料转向更多可再生能源来说，拥有更优质的电池是至关重要的。”
多年来，工程师一直致力于研发不含钴的锂离子电池——这是最常见的可充电电池类型。钴是一种成本高昂的稀有矿产，而且其采矿过程伴随着严重的环境和人权问题。刚果民主共和国是全球最大的钴产国，许多矿工为儿童。
科学家们已经尝试使用镍和镁等其他元素来取代锂离子电池中的钴。但是这些电池自放电率甚至更高，即电池内部的化学反应减少了储存能量，导致容量随时间减少。自放电的存在，使得大多数电动汽车的电池在使用7到10年后就需要更换。
研究电池的自放电
托尼也是再生与可持续能源研究所的研究员，他和他的团队着手调查自放电的原因。在一个典型锂离子电池中，携带电荷的锂离子通过称为电解质的中间物质，从电池一端（阳极）移动到另一端（阴极）。这个过程中，带电离子的活动形成了为电子设备供电的电流。电池充电时会使带电离子回流至阳极。
以往科学家认为，电池自放电的原因是由于在充电时并非所有的锂离子都返回到阳极，从而减少了能形成电流供能的带电离子数量。
研究小组利用伊利诺伊州美国能源部阿贡国家实验室的先进光子源，一种强大的X射线机器，发现电池电解质中的氢分子会移动到阴极，占据锂离子通常结合的位置。因此，锂离子在阴极的结合空间减少，导致电流减弱，电池容量下降。
电动车电池的未来之路
美国最大的温室气体排放源之一是交通运输，它占2021年美国温室气体排放量的28%。为减少排放，许多汽车制造商已承诺放弃汽油车的生产，增加电动汽车的生产。但制造商面临着包括有限的行驶里程、高生产成本以及较短的电池寿命等一系列挑战。在美国市场，纯电动汽车一次充电的平均行程约为250英里，约等于汽油车的60%。据托尼称，这项新研究有潜力解决上述所有问题。
“每个消费者都希望购买续航更远的汽车。虽然某些低钴含量的电池可能提供更远的行驶里程，但我们也需要确保它们不会迅速衰退。”他说，并指出减少使用钴也能降低成本，解决人权和能源公正问题。
提高电池寿命的策略
随着我们对自放电机制有了更深的理解，工程师们可以探索多种防止这一过程的方法，例如在阴极上涂抹特殊材料以阻挡氢分子，或使用不同的电解质。
托尼说：“既然我们已经了解了造成电池退化的原因股票配资客服，我们现在可以告诉电池化学界哪些内容在电池设计中需要改进。”
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