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手機(jī)電池越來越不耐用?為什么

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1045次  |  2018年11月01日  

為什么你的手機(jī)電池在新的時(shí)候持?jǐn)?shù)天,但在一年后的幾個(gè)小時(shí)就只能用一天了?來自《路透社》的報(bào)道稱,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。


科學(xué)家終于揭開了為什么智能手機(jī)電池在使用一年左右之后會(huì)出現(xiàn)電池壽命迅速衰減的秘密。根據(jù)最新調(diào)查結(jié)果,人們普遍理解的鋰離子電池工作原理是不正確的。它們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)。根據(jù)研究人員的說法,這些最新研究成果可用于制造新型電池,使電池持續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間并保持電量而不會(huì)損壞電池的使用壽命。科學(xué)家表示,這可能可以促進(jìn)于電動(dòng)汽車的大規(guī)模推廣,以及改善全球數(shù)十億依靠電池運(yùn)轉(zhuǎn)的小工具的使用壽命。


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(duì)鋰離子電池(這種類型為我們最喜愛的手機(jī)、電腦以及其他小電器提供動(dòng)力)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)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn),現(xiàn)實(shí)是非常不同的,并且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。


結(jié)果,電池失去了保持電量的能力,我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)自己更經(jīng)常地依賴便攜式充電寶。


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?!拔覀冏畛醯钠谕卿囍辉谀承┓较蛏弦苿?dòng)。我們實(shí)際看到鋰的走向是不符合我們?cè)壤斫獾姆较?。該研究利用斯坦福大學(xué)SLAC國(guó)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)。Chueh博士詳細(xì)闡述了這一現(xiàn)象,并解釋說以前的理論沒有說明液體如何與固體相互作用。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?!痹搱F(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。

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充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

那么問題來了,鋰離子電池究竟如何工作?


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)。

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標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無人設(shè)備

具體我們是如何為電池充電的呢?


簡(jiǎn)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(zhǎng),而且制造成本昂貴。

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