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標(biāo)題: 電池技術(shù)革命的新方向，或許比想象的更簡(jiǎn)單 [打印本頁(yè)]

作者: twq19810302 時(shí)間: 2023-2-10 11:12
標(biāo)題: 電池技術(shù)革命的新方向，或許比想象的更簡(jiǎn)單

對(duì)于如今的大多數(shù)消費(fèi)電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，它們的問(wèn)題其實(shí)在于“性能”與“能效比”這兩個(gè)指標(biāo)，在進(jìn)步速度上的不匹配。也就是說(shuō)，雖然手機(jī)、電腦的性能和能效其實(shí)都在普遍提升，但由于性能進(jìn)步的速度遠(yuǎn)大于能效改善的速度，就導(dǎo)致了設(shè)備的功耗實(shí)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(shè)備的電池性能呢？針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，最近幾年各大廠商確實(shí)沒(méi)少下工夫。各類(lèi)定制的、超高能量密度的電芯已是屢見(jiàn)不鮮，甚至一些更有“追求”的品牌還開(kāi)始從底層技術(shù)下手，自研了電解液材料、正負(fù)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(jìn)行高技術(shù)力、大投入的電池相關(guān)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(jiǎn)單的問(wèn)題，大家會(huì)不會(huì)感到意外呢？

老實(shí)說(shuō)，我們感到挺意外的。因?yàn)榫驮诮眨黄獊?lái)自加拿大達(dá)爾豪斯大學(xué)的相關(guān)研究論文指出，整個(gè)行業(yè)長(zhǎng)期以來(lái)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(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵所在。

要解釋這個(gè)問(wèn)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(dāng)電池完全沒(méi)在工作、正負(fù)極甚至沒(méi)有接通時(shí)，其內(nèi)部的電量都會(huì)不斷減少，而且是明確可以探測(cè)到的、以“放電”的形式在減少。這與通常認(rèn)為的，電解液自然變質(zhì)之類(lèi)的其他因素造成的容量衰退并不是一回事，而且程度要?jiǎng)×业枚唷?/font>

顯然這并不正常，因?yàn)槿绻姵卦诜烹姡蔷驼f(shuō)明電路必然是接通的、電池里的電子在流動(dòng)。但事實(shí)是，發(fā)生“自放電”的電池正負(fù)極根本是開(kāi)路。難道電池不工作的時(shí)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(gè)過(guò)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(shí)間后“解剖”了這些電芯。

實(shí)驗(yàn)中觀察到電池內(nèi)部被染紅的電解液

結(jié)果令人大吃一驚，處在較高溫度環(huán)境下的電池中，內(nèi)部的電解液發(fā)生了明顯的染色情況。其中比較嚴(yán)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(yīng)該是無(wú)色透明的才對(duì)。

為什么電解液會(huì)染色？唯一的解釋?zhuān)褪窃诟邷丨h(huán)境下電池內(nèi)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(duì)變色的電解液進(jìn)行化學(xué)分析后，研究人員很快就找到了問(wèn)題的答案，那就是PET膠帶。

如果你拆解過(guò)現(xiàn)代的一些電子設(shè)備可能會(huì)注意到，現(xiàn)在許多電池的電極都是通過(guò)焊接，或者纖細(xì)的插拔口與設(shè)備主板PCB進(jìn)行連接。而為了讓這些脆弱的觸點(diǎn)和插口更加穩(wěn)固、不容易因?yàn)闆_擊（比如設(shè)備的碰撞、跌落）發(fā)生脫落，許多廠商都會(huì)在觸點(diǎn)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(méi)錯(cuò)，看到絕緣這個(gè)詞，相信大家都能理解，制造這種膠帶的PET（化學(xué)名：聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯）材質(zhì)，本身當(dāng)然是不導(dǎo)電的。但問(wèn)題就在于，最新的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PET膠帶受熱時(shí)會(huì)分解出一種名為“氧化還原梭”的物質(zhì)，而“梭”類(lèi)物質(zhì)則有一個(gè)很大的特征，那就是它們本身會(huì)運(yùn)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(dǎo)電的產(chǎn)物，而這種與電子高度親和的物質(zhì)，則會(huì)直接通過(guò)電池的正負(fù)極侵入其內(nèi)部、并污染電解液。

此時(shí)在電池的電解液內(nèi)部，大量源自膠帶分解產(chǎn)生的氧化還原梭，實(shí)際上就相當(dāng)于構(gòu)成了一條聯(lián)通正負(fù)極的“內(nèi)部回路”。它們會(huì)不斷地在正負(fù)極之間運(yùn)輸電子，消耗電池內(nèi)部的電力。而從外部看起來(lái)，電池就好像平白無(wú)故、在沒(méi)有接通的情況下發(fā)生了“自放電”。

那么要如何解決這個(gè)問(wèn)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(shí)只需用“不會(huì)分解的穩(wěn)定材料替代PET膠帶就行，這對(duì)于行業(yè)而言只不過(guò)是一件小事，但它絕對(duì)會(huì)給電池帶來(lái)改進(jìn)”。

當(dāng)然，他或許并不熟悉消費(fèi)電子行業(yè)，所以這個(gè)建議其實(shí)還有一種實(shí)現(xiàn)方式。比如說(shuō)，只要用別的方式（而不是膠帶）來(lái)實(shí)現(xiàn)電池正負(fù)極的固定，自然也會(huì)有相同的效果。舉個(gè)最簡(jiǎn)單的例子，以前那些可更換的、直接卡在“電池倉(cāng)”里的電池，它們其實(shí)就是那么做的。

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