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为什么手机电池越来越不耐用?真的是锂电池的原因吗

来源:宝鄂实业    2019-04-18 09:56    点击量:
无论你的手机有多神奇,如果手机的电量很快就用完了,那么这块手机就会变成一块令人讨厌的金属。
 
Tom'sGuide对苹果最新的iPhoneXS和iPhoneXSMax进行了电池续航测试,并将结果与各种主流智能手机进行了对比,结果比较令人震惊。苹果两款全新iPhone的续航都不如去年发布的iPhoneX。换言之,新iPhone的续航能力没准还不如上一代的iPhone X。
 
为什么你的手机电池续航越来越差?最新研究揭示了锂离子电池如何降解并为更持久的电池铺平道路。
 
根据最新调查结果,锂离子电池工作原理不是带电粒子在电池内部以单一,均匀的方向流动,而是以随机的运动模式来回移动。
 
这项突破性的研究来自斯坦福大学,麻省理工学院和巴斯大学的研究人员,他们发现我们对锂离子电池的理解是不正确的。已知带电粒子通过材料(电解质)在正电极和负电极之间流动,并且该运动产生电荷。然而,之前认为锂是各向异性的,这意味着它在单一方向上流动,颗粒以单一、均匀的方式通过电池。然而,现在发现,被称为离子的颗粒实际上在电解质中来回循环和流动。这会在电池内部产生随机密集的离子,从而产生大量热量,损坏电池的使用寿命。
 
 
 
斯坦福大学助理教授William Chueh说:'我们使用了来自加速器的非常强大的X射线,我们正在使用这些X射线来观察这些单独的纳米颗粒。该研究利用斯坦福大学SLAC国家加速器实验室的设施,让科学家团队在纳米尺度上研究电池的工作细节。他说:“有点像太空,我们考虑粒子在真空中的表现,但电池内部不是真空的,它充满了液体。”该团队相信他们将能够通过改变运输路径来解决这个缺陷,并在未来开发出更耐用的电池。
 
 
 
锂离子电池究竟是怎么工作的?
 
实际上,锂离子电池通过将电子从电池的一端“移动到另一端”来存储和释放能量。我们可以利用来自那些移动电子的能量来为我们工作,比如为钻机提供动力一样。
 
电池的这两个“端”称为电极。 一个称为阳极,另一个称为阴极。通常,阳极由碳制成,阴极由称为金属氧化物的化合物制成,如氧化钴。
 
最终的电池成分称为电解质,它位于两个电极之间。在锂离子电池的情况下,电解质是含有锂离子的盐溶液。锂电池也因此得名。将电池放入设备时,带正电的锂离子会被吸引并向阴极移动。一旦阴极被这些离子轰击,阴极就会比阳极充电更多,这会吸引带负电的电子。随着电子开始向阴极移动,我们迫使它们穿过我们的器件并利用电子流向阴极的能量来产生电能。你可以把它想象成水轮,除了在这里不是水流动,而是电子流动。
 
锂离子电池特别有用,因为它们是可充电的。当电池连接到充电器时,锂离子以与以前相反的方向移动。当它们从阴极移动到阳极时,电池恢复供另一次使用。与其他电池相比,锂离子电池每单位重量也可以产生更多的电力。这意味着锂离子电池可以存储与其他电池相同的功率,但可以在更轻更小的体积中实现。
 
 
 
具体我们是如何为电池充电的呢?
 
简单来讲,电池由三个部件组成:正电极,负电极和电解质。
 
当电池正在充电时,锂离子从正电极中提取并通过晶体结构和电解质移动到负电极,在那里它们被存储下来。此过程发生得越快,电池充电的速度就越快。制造电池的材料会严重限制该速率。石墨是负极的常用材料,因为它能很好地接受正离子并具有高能量密度。在寻找新的电极材料时,研究人员通常会尝试使颗粒变小。然而,制造具有纳米颗粒的实用电池是困难的,因为它与电解质产生许多棘手的化学反应,因此电池不会持续那么长,而且制造成本昂贵。
 
为什么电池进步这么困难?
 
在过去20年里,手机的供电材料几乎被锂离子电池统治着,但是相比屏幕,处理器等原件,电池的技术进步却并不明显。但当我们为此而焦躁的时候,其实电池研发的科学家们或许比我们还焦躁,因为他们几乎把元素周期表上所有元素所能组成的物质都进行了推演,力求找到新的正负极材料。