电源中的隐形杀手氧气流失削弱锂电池的实力
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。无论是使用哪种新材料，都需要一种能够深入观察电池内部工作机制复杂性质的先进技术，以便更好地理解影响性能和寿命的问题所在，并探索解决方案。
导读：最新研究揭示了氧气在限制锂离子电池性能方面长期被低估的地位。日本和美国学者共同发表了一项研究，他们试图深入分析锂离子存储过程中发生的化学反应，并详细描述这些反应释放出的微量氧气对电池性能和安全性的累积影响。
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，其应用范围从移动设备扩展到汽车及智能网格，但在性能和耐久性方面仍存在不足之处。为了克服这一挑战，许多改进技术都集中在研发新的材料上，同时也关注与传统材料相关的供应链风险及其对环境造成的影响。不论采用何种新材料，掌握了解决器内工作机制复杂性的先进工具对于识别阻碍表现的问题并找到解决方案至关重要。
最近，一些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。在充放电过程中，不可避免地会产生少量氧气，但这个小规模释放使得它容易被忽视，而且其广泛影响尚未得到充分理解。参与其中一项研究中的斯坦福大学科学家Peter Csernica解释说：“经过500次循环后，每次循环中排出的总体氧气量占比为6%。”虽然这看似不大，但如果仔细测量每次排出的氧气，则仅为1%。
斯坦福大学领导的小组通过切开循环后的电极、使用X射线显微镜扫描样品以及结合计算成像，对纳米级结构进行了观察。此外，他们还用X射线穿透整个阴极，以验证他们纳米级观察结果是否适用于整个组件。这一发现表明，最初以“爆发”的形式从表面逸出，然后以较慢“滴流”方式从阴极深处逸出。随着时间推移，这些逃逸导致原子的重新分布，以及由于缺氧引起的一系列化学变化，最终导致了电子能量降低和效率下降——一个已知但未完全解析的问题。
东北大学另一项研究则揭示，在基于等比例镍、钴、锰混合物构成的阴极中，氧气逸出促成了几个有害反应，从而破坏了整体结构。而且，由于高价镍元素存在，它加剧了更多氧气逸出的情况，使得保持平衡状态变得更加困难。这两项发现提醒我们，要针对未来发展高能密度且坚固下一代锂离子 batteries，有必要进一步考查过渡金属化合物作为关键组分时可能遇到的挑战，如限制损失循环中的氧氣，以及该过程如何恶化电子产品寿命。此类基础性知识将为未来的设计提供指导，为实现更好的能源转换效率奠定基础。
