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電池技術革命的新方向 或許比想象的更簡單

發(fā)布時間:2023-2-7 09:38    發(fā)布者:eechina
關鍵詞: 電池
來源:三易生活

眾所周知,對于如今的消費電子設備來說,“電池壽命”或者說續(xù)航水平早已成為一個飽受詬病,甚至已經讓大家多少都有點感到麻木的話題。

一方面,手機、筆記本電腦,或是其他便攜式消費電子產品(比如無線耳機、智能手表),早已成為大量用戶生活中不可或缺的伙伴,這也意味著我們對于設備的性能也好、持續(xù)使用時間(電池壽命)也罷,需求都在不斷提升。

但另一方面,看過我們三易生活此前相關內容的朋友可能還記得,對于如今的大多數(shù)消費電子產品來說,它們的問題其實在于“性能”與“能效比”這兩個指標,在進步速度上的不匹配。也就是說,雖然手機、電腦的性能和能效其實都在普遍提升,但由于性能進步的速度遠大于能效改善的速度,就導致了設備的功耗實際上還是在水漲船高,續(xù)航往往也普遍在縮短。

那么,要如何才能真正改善設備的電池性能呢?針對這個問題,最近幾年各大廠商確實沒少下工夫。各類定制的、超高能量密度的電芯已是屢見不鮮,甚至一些更有“追求”的品牌還開始從底層技術下手,自研了電解液材料、正負極金屬配方、充放電的管理芯片等。

然而,如果我們告訴大家,在普遍進行高技術力、大投入的電池相關研發(fā)背后,這些廠商很可能普遍忽視了一些更基本的、也更簡單的問題,大家會不會感到意外呢?

老實說,我們感到挺意外的。因為就在近日,一篇來自加拿大達爾豪斯大學的相關研究論文指出,整個行業(yè)長期以來普遍在電池上使用的、看似不起眼的絕緣膠帶材料,很有可能才是這個問題的關鍵所在。

要解釋這個問題,首先需要知道,迄今為止的可充電電池普遍都存在著一種名為“自放電”的現(xiàn)象。也就是當電池完全沒在工作、正負極甚至沒有接通時,其內部的電量都會不斷減少,而且是明確可以探測到的、以“放電”的形式在減少。這與通常認為的,電解液自然變質之類的其他因素造成的容量衰退并不是一回事,而且程度要劇烈得多。

顯然這并不正常,因為如果電池在放電,那就說明電路必然是接通的、電池里的電子在流動。但事實是,發(fā)生“自放電”的電池正負極根本是開路。難道電池不工作的時候,也能擊穿空氣、自己給自己通上電了不成?

為了搞清楚這個過程中到底發(fā)生了什么,研究人員先是將幾組電池暴露在不同的環(huán)境溫度中,然后在一段時間后“解剖”了這些電芯。

結果令人大吃一驚,處在較高溫度環(huán)境下的電池中,內部的電解液發(fā)生了明顯的染色情況。其中比較嚴重的一些電池電解液更是變成了鮮紅色,而正常的電解液應該是無色透明的才對。

為什么電解液會染色?唯一的解釋,就是在高溫環(huán)境下電池內部的什么東西發(fā)生了分解,并侵入到電解液中、污染了它。在對變色的電解液進行化學分析后,研究人員很快就找到了問題的答案,那就是PET膠帶。

如果你拆解過現(xiàn)代的一些電子設備可能會注意到,現(xiàn)在許多電池的電極都是通過焊接,或者纖細的插拔口與設備主板PCB進行連接。而為了讓這些脆弱的觸點和插口更加穩(wěn)固、不容易因為沖擊(比如設備的碰撞、跌落)發(fā)生脫落,許多廠商都會在觸點外面覆蓋一層PET膠帶作為絕緣的固定措施。

那些黃色的、覆蓋在電池外部和電池周邊電路板上的東西,就是PET絕緣膠帶

沒錯,看到絕緣這個詞,相信大家都能理解,制造這種膠帶的PET(化學名:聚對苯二甲酸乙二醇酯)材質,本身當然是不導電的。但問題就在于,最新的研究發(fā)現(xiàn),當PET膠帶受熱時會分解出一種名為“氧化還原梭”的物質,而“梭”類物質則有一個很大的特征,那就是它們本身會運載電子。

于是乎,吊詭的事情就這么發(fā)生了。本該絕緣的膠帶卻分解出了能導電的產物,而這種與電子高度親和的物質,則會直接通過電池的正負極侵入其內部、并污染電解液。

此時在電池的電解液內部,大量源自膠帶分解產生的氧化還原梭,實際上就相當于構成了一條聯(lián)通正負極的“內部回路”。它們會不斷地在正負極之間運輸電子,消耗電池內部的電力。而從外部看起來,電池就好像平白無故、在沒有接通的情況下發(fā)生了“自放電”。

那么要如何解決這個問題呢?參與此次研究的助理教授邁克爾·梅茨格 (Michael Metzger)的表示,其實只需用“不會分解的穩(wěn)定材料替代PET膠帶就行,這對于行業(yè)而言只不過是一件小事,但它絕對會給電池帶來改進”。

當然,他或許并不熟悉消費電子行業(yè),所以這個建議其實還有一種實現(xiàn)方式。比如說,只要用別的方式(而不是膠帶)來實現(xiàn)電池正負極的固定,自然也會有相同的效果。舉個最簡單的例子,以前那些可更換的、直接卡在“電池倉”里的電池,它們其實就是那么做的。
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