哪怕是最先進(jìn)的“富鎳”電池材料，在長(zhǎng)時(shí)間使用后也會(huì)出現(xiàn)疲勞，無(wú)法再充滿(mǎn)電。據(jù)外媒報(bào)道，劍橋大學(xué)、利物浦大學(xué)和“鉆石光源”研究所（Diamond Light Source）的研究人員，找到其中的原因之一，為開(kāi)發(fā)提高電池壽命的新策略打開(kāi)了大門(mén)。

為了應(yīng)對(duì)氣候變化，許多國(guó)家已宣布，要在2050年以前用電動(dòng)汽車(chē)取代汽油或柴油動(dòng)力汽車(chē)。未來(lái)，在電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)上，鋰離子電池可能占據(jù)主導(dǎo)地位。對(duì)這些電池來(lái)說(shuō)，目前最先進(jìn)的正極材料是富鎳鋰過(guò)渡金屬氧化物（nickel-rich lithium transition-metal oxides）。目前，大多數(shù)電動(dòng)汽車(chē)電池的正極材料中都含有大量的鈷。鈷的放射性強(qiáng)，會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境污染，研究人員嘗試用更加實(shí)用的鎳來(lái)代替鈷。然而，就目前的技術(shù)水平而言，富鎳材料的降解速度較快，為了在電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，需要進(jìn)一步提升技術(shù)。

為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池材料的變化，研究人員利用激光技術(shù)設(shè)計(jì)出一種新的硬幣電池，也稱(chēng)為紐扣電池。主要研究人員、劍橋大學(xué)化學(xué)系的 Dr Chao Xu表示：“這種設(shè)計(jì)提供了一種新可能性，可以研究多種電池化學(xué)物質(zhì)在長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)過(guò)程中的降解機(jī)制?！痹谘芯窟^(guò)程中，研究人員發(fā)現(xiàn)，電池經(jīng)過(guò)反復(fù)充放電后，部分正極材料會(huì)變得疲勞，并且隨著循環(huán)次數(shù)的增加，疲勞材料的數(shù)量也會(huì)不斷增加。

研究人員從原子層面深入研究這些材料的結(jié)構(gòu)，以探討電池疲勞的真正原因。“為了充分發(fā)揮功能，電池材料需要隨著鋰離子的出入而膨脹和收縮。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用，我們發(fā)現(xiàn)材料表面的原子會(huì)重新排列，形成新的結(jié)構(gòu)，無(wú)法再存儲(chǔ)能量?！?更糟糕的是，這些表面重建區(qū)域，顯然充當(dāng)了釘住其余材料的木樁，并阻止其收縮，使電池達(dá)不到完全充電狀態(tài)。其結(jié)果是鋰被卡在晶格中，而這種疲勞材料可以容納的電荷較少。

這項(xiàng)研究由劍橋大學(xué)化學(xué)系的Clare P Grey教授領(lǐng)導(dǎo)，并得到法拉第研究所退化項(xiàng)目的支持。在這些發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，研究人員正在尋找有效的對(duì)策，比如保護(hù)性涂層和功能性電解質(zhì)添加劑，以減緩降解過(guò)程，延長(zhǎng)電池壽命。
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