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充电电池寿命 谣言止于智者之一:快充对电池寿命真的有影响么?

导语:两年前,电动车热潮刚刚恢复的时候,充电桩和充电站还是很稀缺的。虽然现在充电站不多,远远不足以支撑人们的日常出行,但也在缓慢而坚定地成长。有些充电站为了保证充电速度,采用直流电,可以在短时间内尽可能让电动车充满电。所以电动汽车被诟病的原因之一就出现了:充电过快会对电池寿命产生影响,如果频繁充电,电池寿命会缩短。

两年前,电动车热潮刚刚恢复的时候,充电桩和充电站还是很稀缺的。虽然现在充电站不多,远远不足以支撑人们的日常出行,但也在缓慢而坚定地成长。有些充电站为了保证充电速度,采用直流电,可以在短时间内尽可能让电动车充满电。所以电动汽车被诟病的原因之一就出现了:充电过快会对电池寿命产生影响,如果频繁充电,电池寿命会缩短。所以即使充电站建的很好,不想频繁换电池,也要老老实实在城里跑。然而,真的是这样吗?

从消费类电子产品开始就有人说快速充电会损害电池寿命。然而,美国能源部SLAC国家加速实验室的斯坦福大学和斯坦福材料与能源科学研究所的一个研究小组最近发现,这种说法很可能是错误的。快充快放对电池本身有影响,但可能没有之前专家想象的那么严重,慢充对电池也没那么有利。

研究小组的这一发现挑战了一般的认知:快速充电会对电池电极造成更大的损伤。但远不止如此。研究还发现,如果我们可以在充电过程中改变电极的形状属性或改变充电方法,我们也可以依次延长电池寿命。

众所周知,电池的充放电过程就是阴极和阳极释放和吸收离子的过程。在这个过程中,电池电极的变化是决定电池寿命的因素之一。然而,直到本研究,电极在充放电过程中的变化还没有被完全理解和认识。

电池充放电时,电池的正负极会随着离子的释放和吸收而收缩和膨胀,这是造成电池电极损耗和损坏的主要原因之一。

在研究过程中,科学家选择了磷酸铁锂电池作为观察对象。发现如果材料中的大部分或全部离子参与充放电过程,这些离子的释放和吸收速度会变慢,变得更加均匀。如果只有一部分离子处于活跃状态,它们的运动过程会更加激烈和混乱。在这个过程中,离子相互碰撞并爆炸。对于电极来说,会损失一些离子,这就是电池容量和性能的下降。

为了进一步研究,研究人员用不同的电流和不同的充电时间给一些硬币电池充电,通过快速分离和冲洗来停止充放电过程。然后他们把电池的电极切成非常薄的薄片,用x光在实验室观察它们的内部情况。

硬币电池中离子运动的演示

在收集了数千个电极的纳米材料变化数据后,这些数据被放入麻省理工学院的一套数学模型中进行分析。发现无论充电过程有多快,只有少量的离子会被释放和吸收。但当放电速率超过一定值时,越来越多的电极部件会在吸收离子的过程中加入,进而使离子的运动变得平稳有序。这一发现表明,科学家可以通过改变电池的材料形状和性质或改变充放电方式来加快充放电速度,延长电池的使用寿命。

在比较了不同的电极材料后,研究人员也得出一个结论:商用电池中使用的大多数材料和大约一半正在开发的新材料都符合这一规则。

之所以在这个结论前加上“可能”二字,是因为研究还没有完成。之后研究人员会继续模拟实际使用情况和电池性能,进行数百次充放电来验证这个结论。与此同时,该团队还在与相关企业合作,讨论如何将最终的研究成果应用于交通运输和消费电子行业。

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