手機(jī)電池續(xù)航能力越來越差的原因是什么？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2020-02-22 12:37
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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(dòng)，而是以隨機(jī)的運(yùn)動(dòng)模式來回移動(dòng)。
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(dòng)，并且該運(yùn)動(dòng)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(dòng)，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(dòng)。這會(huì)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，損壞電池的使用壽命。
斯坦福大學(xué)助理教授WilliamChueh說：'我們使用了來自加速器的非常強(qiáng)大的X射線，我們正在使用這些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)輸路徑來解決這個(gè)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(dòng)到另一端”來存儲(chǔ)和釋放能量。我們可以利用來自那些移動(dòng)電子的能量來為我們工作，比如為鉆機(jī)提供動(dòng)力一樣。
電池的這兩個(gè)“端”稱為電極。一個(gè)稱為陽極，另一個(gè)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(gè)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(shí)，帶正電的鋰離子會(huì)被吸引并向陰極移動(dòng)。一旦陰極被這些離子轟擊，陰極就會(huì)比陽極充電更多，這會(huì)吸引帶負(fù)電的電子。隨著電子開始向陰極移動(dòng)，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(dòng)，而是電子流動(dòng)。
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(shí)，鋰離子以與以前相反的方向移動(dòng)。當(dāng)它們從陰極移動(dòng)到陽極時(shí)，電池恢復(fù)供另一次使用。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存儲(chǔ)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(gè)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(shí)，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(dòng)到負(fù)電極，在那里它們被存儲(chǔ)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(huì)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(shí)，研究人員通常會(huì)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(huì)持續(xù)那么長，而且制造成本昂貴。
