如何应对锂离子电池降解和充电限制？

锂电世界讯，从电信到交通，过去二十年见证了高效、便携、环保电池的发展。耗电量巨大的移动电话线路在很大程度上取代了低压固定电话线，而电动汽车经常出现在欧洲道路上—在加速和效率方面都超过了碳氢燃料汽车。电子香烟取代了导致肺癌的烟草产品，因为电子香烟让空气中充满了芳香的蒸汽。每一种设备都需要高密度的可充电电池才能正常工作；无论好坏，锂离子电池已成为标准；毕竟，铅酸电池体积庞大、危险且低效，而镍镉电池中的镉在2005年被欧盟宣布为非法。锂离子电池技术的局限锂电池具有非常高的能量密度，这意味着它们可以存储相当大的电量：它们不会随着时间的推移而自行放电，并且它们不需要维护—因为它们没有内存而且电池也不需要定期循环来延长寿命。锂电设备的未来前景光明，以至于电动汽车制造商特斯拉投入约45亿欧元来建立第一个太阳能电池超级工厂，为公司的Model S电池生产基于锂离子的动力墙、电池组和电池。世界上最大的锂离子电池是特斯拉在2017年制造的，完全充电后，可以为多达3万户家庭供电至少一个小时。老化和降解不可否认的是，锂离子电池会随着时间的推移而失效。阴极会降解，经过大约1000次充电循环后，高端电池将损失约20％的电量。锂离子电池即使不使用也会退化，而且在储存一年之后，充满电的电池也会损失20%的电量；如果他们进入“深度放电”状态，很可能就不会再充电了。这种降解主要是由于晶须、树状结构的出现，以及镀层表面的生长（统称为树枝状晶体）。不利环境影响虽然欧洲有许多设施可以收集和处理锂离子电池，但很少有设施可以进行回收利用的。尽管特斯拉计划在其超级工厂上促进电池的回收利用，但目前只能使用第三方合作伙伴来实现这一目标，这是一个低效的过程。通常，无效的锂离子电池会被直接扔进垃圾填埋场。工用大电流锂离子电池工用大电流锂离子电池不幸的是，开采锂要比在回收过程中从电池中提取锂便宜得多——锂电池回收企业很少（如果有的话）收支平衡，因此需要国家补贴。虽然从地下开采锂可能在经济上是合理的，但却破坏环境。锂矿开采破坏环境。矿山和制造厂有毒物质的泄漏严重破坏了当地的生态系统——河流污染、杀死牲畜和鱼类，并使原本肥沃的农田受到严重污染。虽然金属可以从海水或盐水沉积物中提取，但该过程需要大量的水。智利是世界上最干旱的沙漠，由于水资源有限，立法者正在考虑限制锂矿开采权。回收能力的缺乏和越来越多的电池供电产品意味着需求只会增长，而环境负担也会随之增加。提高稳定性和性能防止或改善锂离子电池相关问题的一种方法是提高其可靠性，确保它们不会随着时间的推移而降解并且可以无限期使用。提高电池寿命和整体可靠性韩国蔚山国家科学技术研究院的研究人员设计了一项新技术，该技术有望限制细胞内锂箔的枝晶生长。这有可能无限期地延长电池寿命，同时提高电池本身的稳定性和性能。该技术还处于早期阶段，涉及用锂—锂化锂—锂阳极上，从而形成更加均匀的表面，并限制枝晶体形成。该过程尚未在真正的电池中进行试验，研究正在进行中。另一种可能性是，工业将完全脱离锂离子电池和其他稀土电池，从而能够生产出一种材料简单、不污染环境的电池。OSU的研究人员Paul Gilmore和Vishnu-BaOSU的研究人员Paul Gilmore和Vishnu-Ba钾氧电池钾氧电池最初于2013年开发，其存储容量是锂电池的两倍，效率也比锂电池高。但是电池每次充电都会降解，电池的续航时间从未超过10次，这使得该技术无法应用到可靠性和寿命要求较高的应用上。降解是由于氧气渗入阳极，导致阳极分解。最近的发展已经看到OSU研究人员将聚合物加入阴极，防止氧气到达并破坏阳极。在过去六年中，钾氧电池的寿命从10个充电周期跃升至至少125个。这仍然不如锂离子电池好，但已经取得了进步。如果OSU研究人员能够将钾氧电池的性能提高到相似水平，那么钾氧电池就比锂离子电池有优势。否则除了提高电量和效率外，超级工厂将不需要制造它们。钾氧电池的成本不到锂电池的一半，它们不使用任何特殊材料而且它们还可以在任何地方制造。