loading...
從智慧手錶到電動車，甚至一些電廠的儲能系統都在使用鋰電池。但鋰電池的容量會隨著使用次數和時間增長逐漸衰退，其原因眾說紛紜。美國一所大學的最新研究發現，氫離子（H+）是導致電池衰退的主要原因。
鋰電池的使用壽命（充放電次數）和容量，一直是廠商和消費者關注的話題。例如，購買電動車或手機的人就會關注鋰電池的充放電次數和容量，畢竟更換一組鋰電池就意味著要花費大量金錢。
這讓不少科學家試圖找可以替代鋰電池的新電池。雖然這些新型的電池擁有更高的自放電率，但它們依然會隨著時間、使用次數增加，而降低其容量。
電池中的鋰離子（Li+）在充放電時，會透過電解液在陰陽極之間來回穿梭形成電流。先前科學家認為電池會自行放電，且電池充電時不是所有的鋰離子都會返回陽極，而是有鋰離子鑲嵌在陰極上，使電池整體反應能力降低，最終導致電池容量下降，但這一推斷存在許多疑問。
這次，美國科羅拉多大學博爾德分校（University of Colorado at Boulder）的工程師領導的國際研究小組，經過進一步探究發現，氫離子是鋰離子不願意回到原始電極的「元凶」之一，並非是鋰離子造成的結果。
該過程就像使用一台新電腦（電池）與超高網速（鋰離子）去上網和工作。開始的時候，電腦的效能和網速都很好，但使用一段時間發現網速和電腦均出現卡頓（電池容量下降）。原本以為是電腦老化或網速降低造成，但經檢驗發現是駭客（氫離子）劫持和破壞電腦系統（陰極）和網路，造成整體效能降低。
科學家發現，氫離子是鋰離子不願意回到原始電極的「元凶」之一，並非是鋰離子造成的結果。鋰電池示意圖。（STR / AFP）氫離子是導致電池衰退的主因
研究人員使用美國能源部阿貢國家實驗室的先進光子源（一種強大X光射線分析儀器），觀測鋰電池的放電過程。結果發現，電解液中的氫離子會移動到陰極，逐漸與陰極（磷酸鐵、鎳鈷錳等金屬）的脫鋰氧化物發生反應，並逐漸占據鋰離子與陰極結合的位置，導致鋰離子無法正常回歸陰極，並影響陰極結構的穩定性，從而削弱電池的電流和容量。
研究人員表示，困擾科學界已久的謎題被揭示出來，讓科學家更好的了解了自放電機制，還可以讓他們研發一些方法來阻止該過程。包括使用特殊材料塗覆在陰極上以阻止氫離子附著，或使用不同的電解質減少氫離子產生。
該研究成果發表在9月12日的《科學》期刊上。論文的通訊作者、科羅拉多大學博爾德分校化學與生物工程系教授邁克爾‧托尼（Michael Toney）對該校的新聞室表示，「我們正在弄清楚鋰電池在降解過程時，產生的鋰離子和氫離子的濃度變化，藉由這些變化幫助我們看清鋰電池的內部，而這種新發現能幫助我們造出更好的電池。」
「現在我們了解導致電池退化的其中一項主因，同時也告知電池化學界他們在電池設計時，哪些地方需要改進。」他說。◇
