2015年4月23日 星期四

手機鋰電池逐漸退化的原因

手機鋰電池逐漸退化的原因
我們的生活已經與鋰電池建立密不可分的關係,小從手錶到手機,甚至是電動汽車都能見到它們的身影。不過讓人頭痛的是鋰電池有電量衰退問題,雖然依據原理大約能充放500次以上,但絕大多數人的電池都不會那麼理想。

有關鋰電池電量衰退的疑問,現在由西北太平洋國家實驗室(PNNL)能源儲備聯合研究中心(JCESR)的科學家們,透過特製高倍率電子顯微鏡解開大家的疑惑。

鋰電池如何充放電
手機鋰電池逐漸退化的原因
由於原鋰本身是活性相當強的物質,不易在空氣中保存,因此科學家使用化合方式,找出能與鋰離子相互嵌合的物質,製作出鋰離子電池。

充放電時鋰離子則會在區分正負極的隔離膜間移動,這就是我們一般知道的理想狀況。但在高倍顯微鏡下,這些材料則自有一套活動方式,因而導致電量衰退。

電量衰退的真實圖像
手機鋰電池逐漸退化的原因
科學家發現,當他們將電子注入鋰電池,活性極高的鋰離子蜂擁而上搶著吸收電力。但這個過程並不是呈現平均分布,而是在電極中造成無數細如髮絲的裂縫,這些裂縫有如樹狀發散開來,在影像中就呈現許多裂痕的樣貌。

接著進行放電,鋰離子會逐漸回到原本的位置,但仍有一些遺留在樹狀路徑上,在經過數回充放電之後,這些無法「回家」的鋰離子便逐漸堆積成團塊,最後成為無法蓄電的「死鋰」。

幫助改善電池製程
手機鋰電池逐漸退化的原因
發現這個現象有助研究人員開發可消除髮絲樹突紋路的電解質,能再大大改善發展已相當成熟的鋰電池性能。此外,這些特製顯微設備,同時也能用來觀察正在開發中的新型電池,包括以鋁或銅離子在電極內的活動狀況,幫助研發者能提早針對各種缺點加以修補。

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