智能手機(jī)的不斷發(fā)展，更多的新功能都加入到了手機(jī)當(dāng)中，極大地改善了我們的生活。但，無論你的手機(jī)有多神奇，如果手機(jī)的電量很快就用完了，那么這塊手機(jī)就會變成一塊令人討厭的金屬。那么問題來了：為什么手機(jī)電池越來越不耐用？

Tom'sGuide對蘋果最新的iPhoneXS和iPhoneXSMax進(jìn)行了電池電池續(xù)航測驗(yàn)，并將結(jié)果與各種主流智能手機(jī)進(jìn)行了對比，結(jié)果比較令人震驚。蘋果兩款全新iPhone的電池續(xù)航都不如去年發(fā)布的iPhoneX。換言之，新iPhone的電池續(xù)航能力沒準(zhǔn)還不如上一代的iPhoneX。為什么手機(jī)電池越來越不耐用？為什么你的手機(jī)電池電池續(xù)航越來越差？最新研究揭示了鋰離子電池如何降解并為更持久的電池鋪平道路。

根據(jù)最新調(diào)查結(jié)果，鋰離子電池工作原理不是帶電粒子在電池內(nèi)部以單一，均勻的方向流動，而是以隨機(jī)的運(yùn)動模式來回移動。這項(xiàng)突破性的研究來自斯坦福大學(xué)，麻省理工學(xué)院和巴斯大學(xué)的研究人員，他們發(fā)現(xiàn)我們對鋰離子電池的理解是不正確的。已知帶電粒子通過材料（電解質(zhì)）在正電極和負(fù)電極之間流動，并且該運(yùn)動產(chǎn)生電荷。然而，之前認(rèn)為鋰是各向異性的，這意味著它在單一方向上流動，顆粒以單一、均勻的方式通過電池。然而，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，被稱為離子的顆粒實(shí)際上在電解質(zhì)中來回循環(huán)和流動。這會在電池內(nèi)部產(chǎn)生隨機(jī)密集的離子，從而產(chǎn)生大量熱量，破壞電池的運(yùn)用壽命。

 

斯坦福大學(xué)助理教授WilliamChueh說：'我們運(yùn)用了來自加速器的非常強(qiáng)大的X射線，我們正在運(yùn)用這些X射線來觀察這些單獨(dú)的納米顆粒。該研究利用斯坦福大學(xué)SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室的設(shè)施，讓科學(xué)家團(tuán)隊(duì)在納米尺度上研究電池的工作細(xì)節(jié)。他說：“有點(diǎn)像太空，我們考慮粒子在真空中的表現(xiàn)，但電池內(nèi)部不是真空的，它充滿了液體。”該團(tuán)隊(duì)相信他們將能夠通過改變運(yùn)輸路徑來搞定這個缺陷，并在未來開發(fā)出更耐用的電池。

 

鋰離子電池究竟是怎么工作的？

實(shí)際上，鋰離子電池通過將電子從電池的一端“移動到另一端”來儲存和釋放能量。我們可以利用來自那些移動電子的能量來為我們工作，比如為鉆機(jī)提供動力一樣。電池的這兩個“端”稱為電極。一個稱為陽極，另一個稱為陰極。通常，陽極由碳制成，陰極由稱為金屬氧化物的化合物制成，如氧化鈷。

最終的電池成分稱為電解質(zhì)，它位于兩個電極之間。在鋰離子電池的情況下，電解質(zhì)是含有鋰離子的鹽溶液。鋰電池也因此得名。將電池放入設(shè)備時，帶正電的鋰離子會被吸引并向陰極移動。一旦陰極被這些離子轟擊，陰極就會比陽極充電更多，這會吸引帶負(fù)電的電子。隨著電子開始向陰極移動，我們迫使它們穿過我們的器件并利用電子流向陰極的能量來產(chǎn)生電能。你可以把它想象成水輪，除了在這里不是水流動，而是電子流動。

鋰離子電池特別有用，因?yàn)樗鼈兪强沙潆姷?。?dāng)電池連接到充電器時，鋰離子以與以前相反的方向移動。當(dāng)它們從陰極移動到陽極時，電池恢復(fù)供另一次運(yùn)用。與其他電池相比，鋰離子電池每單位重量也可以產(chǎn)生更多的電力。這意味著鋰離子電池可以儲存與其他電池相同的功率，但可以在更輕更小的體積中實(shí)現(xiàn)。

 

具體我們是如何為電池充電的呢？

簡單來講，電池由三個部件組成：正電極，負(fù)電極和電解質(zhì)。當(dāng)電池正在充電時，鋰離子從正電極中提取并通過晶體結(jié)構(gòu)和電解質(zhì)移動到負(fù)電極，在那里它們被儲存下來。此過程發(fā)生得越快，電池充電的速度就越快。制造電池的材料會嚴(yán)重限制該速率。

石墨是負(fù)極的常用材料，因?yàn)樗芎芎玫亟邮苷x子并具有高能量密度。在尋找新的電極材料時，研究人員通常會嘗試使顆粒變小。然而，制造具有納米顆粒的實(shí)用電池是困難的，因?yàn)樗c電解質(zhì)產(chǎn)生許多棘手的化學(xué)反應(yīng)，因此電池不會連續(xù)那么長，而且制造成本昂貴。

為什么電池進(jìn)步這么困難？

在過去20年里，手機(jī)的供電材料幾乎被鋰離子電池統(tǒng)治著，但是相比屏幕，處理器等原件，電池的技術(shù)進(jìn)步卻并不顯著。但當(dāng)我們?yōu)榇硕乖甑臅r候，其實(shí)電池研究的科學(xué)家們或許比我們還焦躁，因?yàn)樗麄儙缀醢言刂芷诒砩纤性厮芙M成的物質(zhì)都進(jìn)行了推演，力求找到新的正負(fù)極材料。