史丹佛大學研究生李一洋測試鋰離子鈕扣電池，觀察電池正極中數十億個奈米粒子針對不同充放電速度的反應。
（來源：SLAC National Accelerator Laboratory）
根據美國能源部SLAC國家加速實驗室史丹佛材料與能源科學研究所(SIMES)以及史丹佛大學(Stanford University)最近的一項研究結果發現，挑戰普遍認為「快速充電」比緩慢充電對於電池電極要求更高的看法。
研究人員們在深入探索鋰離子電池電極中的微小粒子如何表現後發現，為電池進行快速充電以及高功率快速耗電作業，並不至於像一般所認為的那樣容易耗損，而緩慢進行放電與充電的好處也可能一直被過度誇大了。
這項調查結果還顯示，科學家可望透過修改電極或改變電池的方式充電，以便促進更均勻的充放電，並進一步延長電池壽命。
史丹佛大學材料科學與工程系助理教授William Chueh指出，在這項研究結果以前，一般認為電池電極在充電與放電期間所發生的現象，只是決定電池壽命的多項因素之一，但這是因為未能對此充分理解之故。如今，我們已經找到思考電池老化的新方式了。
這項研究結果可以直接應用在當今商用鋰離子電池的許多氧化物和石墨烯電極，以及大約一半以上正開發中的電池。 Chueh的研究團隊包括來自麻省理工學院(MIT)、桑迪亞國家實驗室、三星先進技術研究院以及羅倫斯柏克萊國家實驗室(LBNL)等研究人員。
研究人員表示，電池耗損的一個重要原因是電池在充放電期間吸收與釋放來自電解質的離子，造成負極與正極的膨脹與收縮所致。
這項研究的科學家們仔細探索由數十億磷酸鐵鋰奈米粒子組成的電極。如果大部份或所有的奈米粒子主動參與充放電過程，也會更平緩且均勻地吸收與釋放離子。但如果只有一小部份的奈米粗立吸收所有的離子，那麼就會更容易發生破裂或損壞的情形，從而導致電池性能退化。
先前的研究對於奈米粒子如何活動的方式看法不一。為了進一步探索，研究人員們製造出小型的鈕扣電池，以不同程度的電流和不同的時間快慢為其進行充電，然後再迅速移開並滌這些電池，以便完全中斷充放電過程。接著，研究人員們將電極切成極薄的薄片，並送至柏克驗室以先進光源同步加速器進行密集X光檢驗。
史丹佛大學研究生李一洋(Yiyang Li)表示，在充放電期間，一次就可以看到數千電極奈米粒子，並且拍下不同階段的快照。
資料的分析採用MIT開發的複雜模型，研究人員發現，只有一小部份的奈米粒子在充電時吸收與釋放離子，即使是快速充電時也一樣。但是，當電池放電時，有趣的事情發生了：隨著放電速度加快到某種程度時，越來越多的粒子開始同時吸收離子，並轉變至一種更均勻而較少損壞的模式。這竟味著科學家應該能夠調整電極材料或製程，而仍保有更長的電池壽命。
編譯：Susan Hong
(參考原文：Is rapid charging batteries really so damaging?，by Paul Buckley)http://www.electronics-eetimes.com/en/is-rapid-charging-batteries-really-so-damaging.html?cmp_id=7&news_id=222922368&vID=8
資料來源:電子工程專輯
留言列表
生技醫療產業 (1)