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让电动汽车电池更耐用的关键,可能不是什么特种材料或新化学配方,而是简单的物理压力。剑桥大学研究人员研究了物理压力对锂离子电池寿命的作用,发现让电池保持在恒定压力下可以让其寿命翻倍。
在电池开发领域,这样的增益前所未闻, 通常对电池成分的微调只能带来5%到10%的提升。延长电动车电池的寿命不仅能减少其最终进入填埋场或回收的频率,还能减轻镍矿和钴矿开采带来的环境压力。
但压力必须刚刚好, 太多或太少都会导致电池失效。研究人员制造了一种定制装置,利用气动"波纹管"(小型充气垫,像自调节夹具)对一种叫"软包电池"的电池施加持续压力,无需任何特殊化学物质。研究结果发表于《自然·能源》。
团队发现,波纹管施加的压力需要处于"金发姑娘区", 约12.5巴,大约是传统纽扣电池标准压力的4倍。超出这个区间,电池失效更快:压力太高会导致阳极上形成锂镀层,太低则导致阴极开裂。
De Volder说:"如果你使劲压,阳极不高兴。如果你不够用力,阴极就开始退化。我们的实验找到了电池在压力方面的'快乐位置'。"
这些结果虽然处于早期阶段,但对快速增长的电动车市场可能具有重要意义,尤其在二手车市场中。"产品寿命越长,你就越不需要反复回收材料,"De Volder说,"而我们现在回收电池的水平非常差。"
此外,寿命更长的电动车电池可以减少原材料开采量, 这些开采往往在极其恶劣的条件下进行。"我们为更清洁的电动汽车提供了解决方案,但必须确保不因此在世界其他地方制造新的生态灾难。如果能在一定程度上减轻这些采矿作业的压力,将是一个重要的额外收益。"
该技术已在实验室规模上进行测试,但需要扩大到商业电池应用。剑桥大学的创新部门Cambridge Enterprise已提交了专利申请。研究获得了欧洲研究委员会、法拉第研究所和英国工程与物理 科学研究委员会的部分资助。De Volder是剑桥圣约翰学院的院士。虽然目前大多数改善锂电池的研究由化学家和物理学家主导,但De Volder作为机械工程师展示了一条被忽视的路径:物理力学可能对电池寿命产生的影响远超化学微调。

(示意图)
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