鋰電池衰退的幕後元兇找到了,最新研究登上《科學》期刊
從手機到電動車,我們都知道鋰電池容量會逐漸衰退,背後成因也有許多說法,但科羅拉多大學波德分校最新研究則找出過去沒看見的關鍵兇手,這個新成果也登上《科學》期刊發表。
電池壽命是所有消費者最不想面對的話題,尤其是正準備賣掉手上的舊 iPhone 換新機的人,看到這四個字就頭痛,因為舊手機的電池容量如果偏低,二手價格就會受影響。同樣的,購買二手電動車的人,也會在意電池壽命,畢竟這可是一項價值數十萬元的零件,大家都盡可能想要買到電池衰退比較少的車。那麼究竟為何電池壽命會衰退呢?
在這項最新的研究成果發表前,普遍認為電池衰退的原因出在鋰離子,電池充放電的過程是氧化還原反應,鋰離子會透過電解液,在兩極之間來回,隨著來回次數增加,有部分鋰離子會被嵌入在電極上而無法脫離,久而久之能夠參與反應的鋰離子越來越少,電池容量也就變少了。這是鋰電池衰退的諸多原因中的一種,不過科羅拉多大學波德分校團隊進一步探究這個問題,為何鋰離子會游不回來?
研究團隊使用了美國能源部的一種強大 X 光分析儀,觀測鋰電池充放電過程後,發現在電解液裡的氫分子,會慢慢的與電池陰極的脫鋰氧化物起反應,氫分子占據了鋰離子的位置,讓鋰離子無法回到陰極,而造成電池衰退。
也就是說在這段感情裡,變心的不是外出工作的鋰離子,而是原本在等待鋰離子回來的陰極材料(磷酸鐵、鎳鈷錳這些金屬),和碳酸酯電解液中的氫分子在一起了。或許大家之前都錯怪了鋰離子,而沒有看見真正的元兇是小三(氫分子)。
在完美的氧化還原反應中,一點點的破洞會隨著時間逐漸擴大,在這次研究發現的「氫化過程」裡,不僅鋰離子無法回歸陰極,會導致電極材料劣化,氫分子從電解液中不斷脫離,也會讓電解液效力下降,對感情壽命產生嚴重的破壞,喔我是說電池壽命。
「解決電池壽命問題是當前科學家的一大任務,這直接影響到儲能和電動車的表現」,研究負責人 Michael Toney 表示,找到了電池衰退的真正原因後,電池技術開發者就有機會做出更長壽、更耐用的鋰電池,不僅可以幫助電動車普及,也能減少電池耗損,讓整個產業更加永續。
(首圖來源:BMW)