电源模块秘密氧气流失锂电池性能的潜在元凶
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，都需要一套能让我们更深入理解电池内部工作机制的复杂新技术，以便揭示性能限制所在并探索解决方案。
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。美国和日本的科研团队共同努力，旨在深入探究锂离子存储过程中化学反应背后的奥秘，并详细阐释少量氧气释放对电池性能及安全性的累积影响。
尽管锂离子电池已经成为我们日常生活中不可或缺的动力来源，其应用范围从小型电子设备扩展到汽车和智能能源网，但其性能和寿命方面仍存在不足之处。为了克服这些局限，许多改进措施都集中于寻找新的材料，并考虑现有材料供应链以及它们对环境的影响。但不管是哪种方法，如果能够提供一种可以观察电池内部复杂工作机制的手段，那么对于理解阻碍效率的问题以及如何解决这些问题将至关重要。
上个月发布的一系列独立研究利用了这种新技术来分析氧气如何影响锂离子电池表现。这一点长时间以来被忽视，因为当充放电时会产生微量氧气，但由于这个过程规模太小，因此难以被察觉。而且，广泛但未完全理解到的氧气流失造成的大量后果也没有得到妥善解释。在这其中参与了一项研究的是斯坦福大学科学家Peter Csernica，他指出：“经过500次充放循环后，只有6%是由氧气泄漏造成，而每次循环排出的实际数量只有1%。”
在领导该项目的斯坦福大学实验室内，这个团队通过切开循环结束后的铅酸蓄电器，用X射线显微镜扫描样品，将其与计算成像相结合，以观察纳米级结构。此外，他们还使用X射线穿透整个蓄电器，以验证他们纳米级别观测结果是否可用于整个组件。这一发现表明，在最初“爆发式”释放之后，氧气以较慢、“滴落”的方式从阴极表面流失出去。他们进一步发现，当氧离开时周围金属原子的重新排列导致了结构上的改变，使得原本位置上的金属原子跳跃出来。
副教授William Chueh解释说：“随着时间推移，这些金属原子的重新排列，加上缺乏空气引起化学变化，不仅降低了蓄容器内压力的稳定性，还减少了整体效率。”虽然这一现象早已被认识到，但它背后的原因一直是个谜题。
另一项来自东北大学、日本科研人员合作进行的一个调查显示，在基于等比配比镍、钴、锰构建阴极的情况下，由于过多释放出的氧促进了一系列不良反应，从而破坏了整体结构。而高价镍存在增加了更多氧逃逸并使得此过程总体上降低了蓄容器保持平衡荷载能力。
东北大学研究员Takashi Nakamura表示：“我们的发现为开发由过渡金属化合物组成、高能密度且坚固下一代蓄容器奠定基础。”这两项最新研究强调了解决因素中 Oxygen 在损害过程中的角色，以及它可能是一个更为重要的问题，有望为未来的发展提供一个基础，对未来工作进行规划，即评估限制循环期间Oxygen 的损失及其破坏性影响。
