世纪电源网揭秘氧气流失锂电池的隐形杀手
导语：当前，科学家们正在致力于提升电池技术的研究，其中重点关注新材料的开发，同时也考虑到与现有材料相关的供应链和环境问题。无论采用何种材料，都需要一套能够深入观察电池内部工作机制复杂性质的先进技术，以便更好地理解性能限制及解决方案。
导读：最新研究揭示了氧气在锂离子电池性能下降中的重要作用。日本和美国学者最近发表了关于锂离子存储化学反应机理以及这些反应中释放少量氧气对电池性能和安全性的影响深度分析。
尽管锂离子电池已经成为我们日常生活不可或缺的一部分，其在汽车和能源系统中的应用也在迅速增长，但在性能与寿命方面仍然存在不足之处。为了弥补这一短板，许多改进技术研究集中于新材料上，同时还需考量现有材料供应链与环境问题。在探索任何新技术时，能让科学家们详细观察并理解其内在工作机制至关重要。
就在不久前，一项由斯坦福大学领导的小组发表了两项独立研究，利用这种先进技术来探究氧气如何影响锂离子电池性能。这一点曾被低估，因为当电池充放电过程中会释放出微小数量的氧气。但由于这个过程极其微弱，它往往难以被察觉，并且氧气流失所产生广泛影响尚未得到充分理解。参与其中一项研究的斯坦福大学科学家Peter Csernica指出：“经过500次循环后，总共有6%的氧气泄漏，这是一个非忽视的问题；但如果我们将每次循环中排出的每一滴都测量出来，那么大约只有1%。”
这项由斯坦福大学领衔进行的一系列实验包括切开循环后的电子轨道，用X射线显微镜扫描样品，并结合计算成像进行观察，从而达到纳米级别上的精确观测。此外，该团队还通过X射线穿透整个电子轨道来确认他们发现可以扩展到整个部件层面上。这导致了一些令人震惊的事实：最初，由“爆炸式”方式从表面释放，然后以一种较慢、持续不断、“滴答”声从阴极深处释放出的氧气改变了阴极结构。在这些原子的迁移过程中，它们离开它们理想位置跳跃，而所有原子都会离开它们应该位于的地方。副教授William Chueh解释说：“金属离子的这种重新排列，加上缺乏空气引起的一系列化学变化，最终导致随着时间推移，对于减少能量输出和效率造成长期损害。”虽然这一现象早已被人们认识，但它背后的原因一直未为人知。
另一组来自日本东北大学的小组则发现，在含镍、钴及锰等元素构成的阴极中，逃逸出的氧促使了一些不良反应发生，最终破坏了整个结构。而那些包含高价镍元素的情况，则导致更高水平氧逃逸，以及该过程对保持平衡荷尔效应能力造成全面的负面影响。东北大学的一个成员Takashi Nakamura表示：“我们的发现将为开发下一代具有高能密度且坚固过渡金属氧化物基础上的强力能源提供新的途径。”
这两个项目展示出了氧对于電池衰老作用扮演角色，并证实它可能是一个比过去认为更加重要的问题，有望为未来工作提供基础思路，不仅要关注限制循环期间氧流失，还要关注它对電池破坏性的潜在影响。这两项研究强调了解如何控制或阻止这一自然发生过程是提高電池寿命并实现可持续发展关键所需做的事情之一。如果成功，我们就能更好地管理现在依赖於這些设备的人类社会，将來為我們帶來更多可能性與希望。
