中國儲能網(wǎng)訊：不要現(xiàn)在就急著把你的電子設(shè)備塞進(jìn)烤箱，不過為了更長的電池壽命，有一天你可能會把它們在不使用時(shí)烤一烤。隨著時(shí)間推移，充電電池內(nèi)的電極會長出微小的樹枝狀細(xì)絲，稱為樹突或枝晶，這會造成短路報(bào)廢電池，甚至點(diǎn)著起火。但感謝新的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬，加州理工學(xué)院(霍華德的供職大學(xué)，一定很靠譜)的研究者們詳細(xì)探究了如何用較高溫度來分解這些枝晶——并可能延長電池壽命。
電池由正極和負(fù)極組成，當(dāng)電池產(chǎn)生電流時(shí)，電子從陽極流出，通過外部電路，再流回陰極。陽極(鋰等導(dǎo)電金屬構(gòu)成)中的一些原子失去用來產(chǎn)生電流的電子后變成離子，然后通過稱為電解質(zhì)的導(dǎo)電液體介質(zhì)移動(dòng)到負(fù)極。
給電池充電反轉(zhuǎn)這個(gè)過程，離子返回并附著回陽極上，但當(dāng)它們這樣做時(shí)，離子附著并不均勻，相反，它們形成微觀的凸起，多個(gè)充電周期后，最終生長成為長長的分支。當(dāng)這些樹突抵達(dá)并接觸陰極時(shí)就造成短路，這時(shí)電流就流經(jīng)樹突而非通過外部電路，致使電池失效死亡。
電流也會加熱樹突，而且由于電解質(zhì)經(jīng)常是易燃物，樹突可能會引發(fā)起火。即使樹突不短路電池，它們也能整個(gè)從陽極上斷落，在電解液中到處漂浮，這樣陽極就損失了材料，而電池也就不能存儲同樣多的電量。
“樹突很危險(xiǎn)，還會降低充電電池容量，” 加州理工學(xué)院科學(xué)家Asghar Aryanfar說。他領(lǐng)導(dǎo)的這項(xiàng)新研究本周發(fā)表在美國物理聯(lián)合會出版的《化學(xué)物理學(xué)報(bào)》封面上。盡管研究者們研究的是屬于最有效的種類的鋰電池，但他們的成果是可以廣泛應(yīng)用的。“枝晶問題對所有可充電電池都是普遍的，”他說。
研究者們在測試電池上生長出鋰枝晶并把它們加熱幾天。他們發(fā)現(xiàn)高至55攝氏度的溫度使樹突縮短了多達(dá)36%。為了弄清楚究竟是什么導(dǎo)致了這種縮水，研究者們使用計(jì)算機(jī)來模擬熱量對構(gòu)成枝晶的單個(gè)鋰原子的影響，模型使用了簡化的、理想化的金字塔幾何形狀。
模擬結(jié)果顯示溫度升高觸發(fā)原子以兩種方式移動(dòng)。金字塔頂端的原子可能下落到較低高度，或者較低高度上的原子能移動(dòng)并留下空穴，隨后被另一個(gè)原子填補(bǔ)。這些原子進(jìn)行洗牌運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生足夠推倒枝晶的運(yùn)動(dòng)。
Aryanfar說，通過量化需要多少能量才能改變枝晶結(jié)構(gòu)，研究者們能更好地了解它的結(jié)構(gòu)特征。雖然有許多因素影響電池在高溫下的壽命——例如其自放電傾向或另外發(fā)生的其它化學(xué)反應(yīng)——這一新研究表明復(fù)活電池所需的也許只是稍加炭烤。
