氧气流失锂电池性能降低的隐秘元凶
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，都需要一项能让我们更深入理解电池内部工作机制的创新技术，以便揭示性能下降背后的关键因素。
导读：最新研究表明，氧气在限制锂离子电池性能方面扮演着长期被低估的角色。日本和美国学者最近发表了两项研究，他们试图通过深入分析锂离子存储核心中的化学反应来更好地解释这些反应中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，并且其应用范围正迅速扩展至汽车和能源网络，但在性能稳定性和使用寿命方面仍然存在不足。为了解决这些问题，科学家们正在探索新的改进方法，这些方法既包括新材料，也涉及那些能够提供对复杂工作机制细节观察的手段。
上个月，一系列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的表现。当一个充满活力的设备从静止开始工作时，它会产生少量氧气。这一过程虽然微小却持久，不易察觉，而且人们对于氧气流失广泛带来的影响知之甚少。参与其中一项研究、斯坦福大学科学家的Peter Csernica指出：“经过500次充放电循环后，我们发现总共有6%的氧气泄漏，这是一个不容忽视的事实。”然而，如果仔细计算每一次循环中排放出的微小量，则只占比1%。
在这项由斯坦福大学领导的小组中，成员们将切开循环后充分放电后的电子极，用X射线显微镜扫描样品并结合计算成像进行观察，他们还用X射线穿透整个电子极以验证纳米级别观测结果是否可用于整个部件。在这个实验室里，小组发现，在最初阶段，从表面释放出来的是“爆炸性”程度的大量氧，然后是“滴答”式地逐渐从阴极内部逃逸出去。而随着时间推移，这些原子的迁移，以及缺乏足够空气导致化学变化，使得随着时间推移，对于保持高效率变得更加困难。”
副教授William Chueh进一步解释道：“金属原子的重新排列，加上由于缺乏空气而引起的一系列化学变化，最终会降低整体效率。”因此，无论是早就认识到的现象还是未曾意识到的原因都值得深入探讨，以确保未来设计更加完美无瑕。
另一篇来自日本东北大学的小组则揭示了基于镍、钴与锰等同比例混合阴极中的奥秘，在此基础上他们证明了多种不良反应正是由所谓“过度”的氦元素引起，而阴极中含有的高价镍元素则促成了更多氦元素逃脱，从而导致整体结构遭受破坏。此外，该过程直接削弱了维持平衡状态所需能量，使得最终产品无法达到预期效果。东北大学员工Takashi Nakamura表示：“我们的发现为研发出具有高能密度且耐用的下一代能源存储系统奠定基础。”
这两份独立报告强调了解决方案应集中解决潜在的问题，比如限制周期内可能发生损失以及它们对设备寿命造成负面影响。这类似于关注如何有效控制水分浓度以避免冰冻干燥，因此，有望为未来的工程师提供指导，以防止未来再次犯错，并提高设备功能寿命。
