使用可充電電池延長(zhǎng)壽命的方法

高溫可延長(zhǎng)電池壽命

加州理工學(xué)院(Californiainstituteofscience)的研究人員發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)和電腦模擬顯示，溫度升高可能會(huì)破壞電池電極循環(huán)充放電的樹(shù)突狀結(jié)構(gòu)，從而延長(zhǎng)電池的壽命。

給舊的充電設(shè)備加熱通常是有風(fēng)險(xiǎn)的。當(dāng)可充電電池使用一段時(shí)間后，它的電極會(huì)變小，樹(shù)枝狀的樹(shù)枝狀細(xì)絲會(huì)使電池短路，使電池失效，或?qū)е码姵刈匀忌踔帘?。不過(guò)，加州理工學(xué)院(Californiainstituteofscience)的研究人員進(jìn)行了新的實(shí)驗(yàn)和電腦模擬，仔細(xì)研究了高溫如何破壞這些樹(shù)突，從而有可能延長(zhǎng)電池的壽命。

電池包括正極和負(fù)極，也稱為陰極和陽(yáng)極。當(dāng)電流在電池中出現(xiàn)時(shí)，電子從陽(yáng)極流出，沿著電池的外部電路流入陰極。在失去了出現(xiàn)電流的電子后，陽(yáng)極(一種導(dǎo)電金屬，如鋰)中的一些原子變成了離子，然后通過(guò)導(dǎo)電電解液轉(zhuǎn)移到陰極。

給電池充電的過(guò)程是相反的，離子會(huì)往后退并粘在陽(yáng)極上。但是，當(dāng)這個(gè)過(guò)程進(jìn)行時(shí)，離子并沒(méi)有均勻地附著。相反，它們會(huì)形成微小的突起，經(jīng)過(guò)多次充電循環(huán)后，最終變成長(zhǎng)長(zhǎng)的樹(shù)枝。當(dāng)這些樹(shù)突接觸并與陰極交流時(shí)，它們會(huì)形成短路。電流通過(guò)樹(shù)突而不是通過(guò)外部電路，從而使電池失效。電流還會(huì)加熱樹(shù)突，因?yàn)殡娊庖阂兹迹瑯?shù)突會(huì)著火。即使樹(shù)突不短路電池，他們可以完全阻塞陽(yáng)極和浮動(dòng)在電解液。在這種情況下，陽(yáng)極失去了材料，電池不能儲(chǔ)存更多的能量。

加州理工學(xué)院的科學(xué)家阿斯加爾雅利安法說(shuō):樹(shù)突是有害的。它們削弱了可充電電池的能力。AsgharAryanfar認(rèn)為，所有可充電電池都存在枝晶問(wèn)題。

研究人員在測(cè)試電池上培養(yǎng)鋰樹(shù)突，并將其加熱10多天。他們發(fā)現(xiàn)，溫度上升到55℃時(shí)，樹(shù)突會(huì)收縮36%。為了了解這種收縮的原因，研究人員使用了一臺(tái)計(jì)算機(jī)來(lái)模擬加熱對(duì)單個(gè)鋰原子的影響，包括一個(gè)樹(shù)突，一個(gè)簡(jiǎn)單的、理想化的椎體模型。

這種模擬演示了兩種提高溫度使原子運(yùn)動(dòng)的方法。位于椎體頂部的原子可以下降到較低的位置，或者較低的位置的原子可以移動(dòng)，留下的空隙可以被另一個(gè)原子填補(bǔ)。這些原子隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，造成足夠的運(yùn)動(dòng)，使樹(shù)突崩潰。通過(guò)量化改變樹(shù)突所需的能量，研究人員能夠更好地了解它們的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。因?yàn)樵诟邷叵?，許多因素會(huì)影響電池的壽命，例如電池本身的放電傾向或電池一側(cè)的其他化學(xué)反應(yīng)。這項(xiàng)新的研究表明，加熱可以縮短或消除可充電電池中的樹(shù)突。