讓電動汽車電池更耐用的關鍵,可能不是什麼特種材料或新化學配方,而是簡單的物理壓力。劍橋大學研究人員研究了物理壓力對鋰離子電池壽命的作用,發現讓電池保持在恆定壓力下可以讓其壽命翻倍。
在電池開發領域,這樣的增益前所未聞,通常對電池成分的微調只能帶來5%到10%的提升。延長電動車電池的壽命不僅能減少其最終進入填埋場或回收的頻率,還能減輕鎳礦和鈷礦開採帶來的環境壓力。
但壓力必須剛剛好,太多或太少都會導致電池失效。研究人員製造了一種定製裝置,利用氣動"波紋管"(小型充氣墊,像自調節夾具)對一種叫"軟包電池"的電池施加持續壓力,無需任何特殊化學物質。研究結果發表於《自然·能源》。
鋰離子電池由陽極、陰極和電解質組成。每次充放電時,鋰離子在陽極和陰極之間穿梭,導致電池像呼吸一樣物理膨脹和收縮。領導此項研究的Michael De Volder教授說:"電池不太喜歡這種反覆受壓和釋放的循環。"
團隊發現,波紋管施加的壓力需要處於"金髮姑娘區",約12.5巴,大約是傳統紐扣電池標準壓力的4倍。超出這個區間,電池失效更快:壓力太高會導致陽極上形成鋰鍍層,太低則導致陰極開裂。
De Volder說:"如果你使勁壓,陽極不高興。如果你不夠用力,陰極就開始退化。我們的實驗找到了電池在壓力方面的'快樂位置'。"
這些結果雖然處於早期階段,但對快速增長的電動車市場可能具有重要意義,尤其在二手推車市場中。"產品壽命越長,你就越不需要反覆回收材料,"De Volder說,"而我們現在回收電池的水平非常差。"
此外,壽命更長的電動車電池可以減少原材料開採量,這些開採往往在極其惡劣的條件下進行。"我們為更清潔的電動汽車提供了解決方案,但必須確保不因此在世界其他地方製造新的生態災難。如果能在一定程度上減輕這些採礦作業的壓力,將是一個重要的額外收益。"
該技術已在實驗室規模上進行測試,但需要擴大到商業電池應用。劍橋大學的創新部門Cambridge Enterprise已提交了專利申請。研究獲得了歐洲研究委員會、法拉第研究所和英國工程與物理科學研究委員會的部分資助。De Volder是劍橋聖約翰學院的院士。雖然目前大多數改善鋰電池的研究由化學家和物理學家主導,但De Volder作為機械工程師展示了一條被忽視的路徑:物理力學可能對電池壽命產生的影響遠超化學微調。

(示意圖)

















