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[2017-06-19]電池“容量衰減”化學(xué)原因獲得證實
眾所周知，電池的循環(huán)壽命是有限的。
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當(dāng)錳離子(灰色)被牽出電池正極(藍色)，它們會與電池負極附近的電解液(金色)發(fā)生反應(yīng)，困住鋰離子(綠色/黃色)
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? ? 當(dāng)一個電池進入了“老齡”階段，科學(xué)家們會將其性能弱化的現(xiàn)象命名為“容量衰減”?！叭萘克p”現(xiàn)象表示的是隨著電池被充電次數(shù)增多，電池容量逐漸減少的現(xiàn)象。一臺手機在剛開始用時電量可以持續(xù)一整天，過兩年后卻只能支撐幾個小時了，導(dǎo)致這樣現(xiàn)象發(fā)生的原因就是容量衰減。
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? ? 那么如果科學(xué)家們能夠減弱容量衰減的進程，讓電池以一種更加優(yōu)雅的姿態(tài)老去，會怎么樣呢？
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? ? 美國能源部阿貢國家實驗室的研究人員發(fā)布在電化學(xué)學(xué)會志的一篇文章中表示，他們已經(jīng)成功證實了高儲能鋰離子電池容量衰減的一大主因。
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? ? 對于鋰電池——這種我們用在筆記本電腦、智能手機、接入式混合動力汽車上的電池，它的容量與在其充電、放電時能夠在兩極之間來回轉(zhuǎn)換的鋰離子數(shù)量緊密相連。
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? ? 鋰離子的來回轉(zhuǎn)換由特定的過渡金屬來激發(fā)進行，在鋰離子在原電池正極流動時改變離子的氧化態(tài)。然而在電池循環(huán)的過程中，部分離子——特別是錳離子——被剝離出電池的正極，最終附著在電池的負極材料上。
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? ? 一旦接近電池的負極，這些金屬離子會在電池中的“固體電解質(zhì)膜”區(qū)域內(nèi)相互作用。固體電解質(zhì)膜是由高活性陽極與攜帶鋰離子來回運動的液體電解質(zhì)相互反應(yīng)形成的。對于每個在被稱為還原反應(yīng)的過程中反應(yīng)分解的電解質(zhì)分子，鋰離子會被困在中間相。隨著越來越多的鋰離子被困在中間相，電池的儲能能力會逐步衰減。
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? ? 在固體電解質(zhì)膜上，部分分子未能完全還原，這意味著它們能接收更多電子、并和更多的鋰離子相結(jié)合。這些微粒就像等待著一撮煙火的易燃物一般。
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? ? 當(dāng)這些錳離子附著在這些微粒的表面上時，它們就像煙火撒在易燃物上一樣：這些鋰離子對于不完全降解分子的化學(xué)反應(yīng)是一種強效催化劑，在這過程中將更多的鋰離子困在中間相里。
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? ? “錳離子附著在電池負極的數(shù)量與被困鋰離子數(shù)量之間是密切相關(guān)的，”阿貢實驗室科學(xué)家、該項研究的共著者Daniel Abraham說，“既然我們現(xiàn)在已經(jīng)搞明白了鋰離子被困和容量衰減背后的機理，我們就能夠著手去尋找解決問題的方法了?！?/p>
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新聞來源：材料由阿貢國家實驗室提供，原作者為Jared Sagoff.
注意：為適應(yīng)新聞篇幅，原文已被酌情修改。
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