根據(jù)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(fā)現(xiàn)，挑戰(zhàn)普遍認為“快速充電”比緩慢充電對于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(xiàn)后發(fā)現(xiàn)，為電池進行快速充電以及高功率快速耗電作業(yè)，并不至于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夸大了。
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，并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(fā)生的現(xiàn)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(jīng)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(fā)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(shù)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，那么就會更容易發(fā)生破裂或損壞的情形，從而導致電池性能退化。
先前的研究對于奈米粒子如何活動的方式看法不一。為了進一步探索，研究人員們制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，然后再迅速移開并滌這些電池，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，并送至柏克驗室以先進光源同步加速器進行密集X光檢驗。
資料的分析采用MIT開發(fā)的復雜模型，研究人員發(fā)現(xiàn)，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(fā)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，并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制程，而仍保有更長的電池壽命。
