氧气流失简易开关电源背后的性能削弱元凶
导语：当前，科学家们在改进电池技术的研究中，不仅关注新材料，还专注于传统材料相关的供应链和环境问题。无论使用何种材料，都需要一套能够揭示电池内部复杂工作机制的先进技术，以便更好地理解性能限制及其解决方案。
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。日本和美国学者合作进行了一项深入研究，旨在探究锂离子存储核心化学反应，并详细分析这些反应释放的小量氧气对电池性能和安全性的累积影响。
尽管锂离子电池为我们的日常生活提供动力，其应用正在迅速扩展至车辆和能源网络，但其性能与寿命仍存在不足之处。为了克服这些挑战，许多改进技术集中于新材料，同时也考虑到现有材料供应链及环保问题。在此背景下，一些先进技术对于观察并理解阻碍性能提升的问题变得至关重要。
上个月发布的一项独立调查利用这类先进工具来探索氧气如何影响锂离子电池的表现。当充放电时，微小量的氧气会逸出，但由于其微小规模，这一过程往往难以察觉。此外，对氧气流失广泛影响的认识也有待加强。斯坦福大学科学家Peter Csernica解释说：“经过500次循环，每次放大后的总体泄漏率达到了6%。”
在这项由斯坦福大学领导的小组中，他们将循环结束后的负极切片，用X射线显微镜扫描样本，并结合计算成像方法，从而观察纳米级结构。此外，他们还通过X射线穿透整个负极验证他们纳米级发现是否可用于整体部件。这一团队发现，氧气最初以“爆发式”的方式从表面释放，然后以较慢“滴落”方式从深层阴极逸出。
他们进一步发现，当氧气离开时，它周围原子的位置发生改变——金属原子移位、缺氧引起化学变化随着时间推移降低了电压效率。副教授William Chueh指出：“金属元素重新排列以及缺乏空氣造成的化學變化隨著時間增加會導致電壓下降與效率減少。”这一现象已被人知晓，但未能完全理解其机理。
另一项来自日本东北大学的研究则揭示，在基于等比例镍、钴、锰混合阴极的情况下，氧释放促成了几个不利反应，从而破坏了电子元件结构。而高价镍存在导致更高水平的O2逸出，该过程最终降低了保持平衡荷尔蒙能力。这两份研究强调了解益于未来发展具有过渡金属含有的高能密度且坚固型号零功耗设备，为开发新的代替品奠定基础，并考虑到可能损失循环中的O2，以及对电子元件破坏性影响。
