×
该研究明确了氢分子如何影响电池中的锂离子，为开发更可持续、经济高效的电池技术提供了洞见。
揭示电池老化机制
随着时间的推移，电池容量逐渐减少是旧手机电量消耗加快的原因，但这一普遍现象仍未被完全理解。
科罗拉多大学博尔德分校领导的国际研究小组揭示了这种电池退化的潜在机制，发现有助于科学家开发性能更佳的电池，使电动汽车行驶更远、寿命更长，同时推进能源存储技术，加速清洁能源转型。
研究结果于9月12日发表在《科学》杂志上。
对可再生能源和电动汽车的影响
论文通讯作者、化学与生物工程系教授迈克尔·托尼表示：“通过了解锂离子电池降解过程的分子级变化，我们推动了锂离子电池的发展，这对从化石燃料向更多可再生能源的能源基础设施转变至关重要。”
工程师们长期致力于无钴锂离子电池设计——最常见的可充电电池。钴是一种昂贵且稀缺的矿物，其开采伴随严重的环境和人权问题。在钴产量占全球一半以上的刚果民主共和国，许多矿工为儿童。
科学家们尝试用镍和镁等元素替代锂离子电池中的钴，但这些电池自放电率更高，导致储能降低，电池容量随时间减少。大多数电动汽车电池在需要更换前的使用寿命为7到10年。
研究电池自放电
托尼及其团队研究了自放电原因。在典型锂离子电池中，带电的锂离子通过电解质从阳极移动至阴极，形成电流供电。充电时，带电离子反向流动返回阳极。之前认为电池自放电是由于部分锂离子未返回阳极，减少电流生成。
利用位于伊利诺伊州的美国能源部阿贡国家实验室的先进光子源（强X射线设备），研究小组发现氢分子会占据锂离子在阴极上的结合位置，减少结合空间，削弱电流，降低容量。
电动车电池的未来道路
交通运输是美国温室气体排放的主要来源，占2021年总排放量的28%。许多汽车制造商承诺放弃汽油车生产，转而制造更多电动汽车应对排放问题。然而，电动汽车制造商面临续航里程有限、生产成本较高和电池寿命较短的挑战。在美国市场，一辆典型纯电动汽车一次充电可行驶约250英里，约为汽油车的60%。托尼认为这项新研究有可能解决这些问题。
托尼指出：“所有消费者都希望拥有长续航车辆。低钴电池可能提供更高续航，但也需要确保不会快速失效。减少钴还可以降低成本，解决人权和能源正义问题。”
提高电池寿命的策略
更好理解自放电机制后，工程师可以探索防止此过程的方法，如在阴极表面涂覆特殊材料以阻挡氢分子或使用不同电解质。
托尼表示：“现在我们知道导致电池退化的原因，就能告知电池化学领域需要改进的设计内容。”
