氧气流失锂电池性能降低的元凶做电源工程师有前景吗
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，只要能够提供一种新的视角来观察电池内部复杂工作机制，就能帮助我们更好地理解性能限制所在，以及如何解决这些问题。
导读：近期的一项重要研究揭示了氧气在锂离子电池性能下降中的关键作用。美国和日本的科学家合作进行了一系列实验，以深入探究锂离子存储过程中化学反应的细节，并详细描述了少量氧气释放对电池性能和安全性的累积影响。
尽管锂离子电池已成为我们日常生活不可或缺的一部分，其应用范围不断扩大至汽车和能源管理领域，但其性能与寿命仍面临挑战。为了克服这些局限，研究人员正在致力于改进技术，无论是通过新材料还是更加先进的观察工具。
上个月，一系列独立实验利用这种新方法来分析氧气对锂离子电池表现力的影响。在充放电过程中，通常会有一些微小量的氧气逸出。但由于这个过程非常微妙，这一现象往往被忽略，而氧气流失对整体效率产生广泛影响的问题也未得到充分解释。这一点由参与其中一项研究项目——斯坦福大学Peter Csernica教授所述：“经过500次循环后，每次都有6%的小量氧逸出，这是一个不容忽视的事实。”然而，每一次循环中实际逃逸出的只是极少数1%。
这项由斯坦福大学领导的小组使用X射线显微镜扫描样品并结合计算成像技术，对纳米级结构进行了详尽观察。此外，他们还使用X射线穿透整个负极以验证他们在纳米层面发现结果可以推广至整个部件内。这一团队发现，最初氧气以“爆炸性”方式从表面释放，然后以较慢、持续性的“滴答”声从阴极深处排出。而且，在此过程中，金属原子的重新分布导致了阴极结构改变。当这些金属原子离开它们理想位置时，它们就像是跳舞一般移动开来。此举引发了一连串化学变化，最终导致随着时间推移逐渐降低了电子输出效率。斯坦福副教授William Chueh指出了这一点：“虽然人们已经意识到了这一现象，但它背后的原因一直是个谜。”
另一项来自日本东北大学的研究则揭示，在基于镍、钴、锰等等比例混合物构建的大型阴极中，由于过多释放出的氧元素引起了一系列不利反应，从而破坏了整体结构。而高价镍存在的情况下使得更多额外阻碍因素产生，使得剩余能力减弱，这直接影响到了保持平衡状态下的储能水平。东北大学研员Takashi Nakamura表示：“我们的发现将为未来发展具有高能密度且耐用的下一代电池提供宝贵见解。”
这两份最新报告强调了解决器材损失以及其对于设备长期运作造成潜在风险是未来工作方向之一，为未来的创新打下坚实基础，并鼓励进一步关注那些可能严重削弱循环周期效率的问题。此类挑战迫使工程师必须继续寻找新的解决方案，以确保可持续、高效能源系统稳定运行下去。
