鋰電池衰退的幕後元兇找到了，最新研究登上《科學》期刊

作者 Chen Kobe | 發布日期 2024 年 09 月 13 日 11:37 | 分類 能源科技  鋰電池  電動車

從手機到電動車，我們都知道鋰電池容量會逐漸衰退，背後成因也有許多說法，但科羅拉多大學波德分校最新研究則找出過去沒看見的關鍵兇手，這個新成果也登上《科學》期刊發表。

電池壽命是所有消費者最不想面對的話題，尤其是正準備賣掉手上的舊 iPhone 換新機的人，看到這四個字就頭痛，因為舊手機的電池容量如果偏低，二手價格就會受影響。同樣的，購買二手電動車的人，也會在意電池壽命，畢竟這可是一項價值數十萬元的零件，大家都盡可能想要買到電池衰退比較少的車。那麼究竟為何電池壽命會衰退呢？
在這項最新的研究成果發表前，普遍認為電池衰退的原因出在鋰離子，電池充放電的過程是氧化還原反應，鋰離子會透過電解液，在兩極之間來回，隨著來回次數增加，有部分鋰離子會被嵌入在電極上而無法脫離，久而久之能夠參與反應的鋰離子越來越少，電池容量也就變少了。這是鋰電池衰退的諸多原因中的一種，不過科羅拉多大學波德分校團隊進一步探究這個問題，為何鋰離子會游不回來？
研究團隊使用了美國能源部的一種強大 X 光分析儀，觀測鋰電池充放電過程後，發現在電解液裡的氫分子，會慢慢的與電池陰極的脫鋰氧化物起反應，氫分子占據了鋰離子的位置，讓鋰離子無法回到陰極，而造成電池衰退。
也就是說在這段感情裡，變心的不是外出工作的鋰離子，而是原本在等待鋰離子回來的陰極材料（磷酸鐵、鎳鈷錳這些金屬），和碳酸酯電解液中的氫分子在一起了。或許大家之前都錯怪了鋰離子，而沒有看見真正的元兇是小三（氫分子）。
在完美的氧化還原反應中，一點點的破洞會隨著時間逐漸擴大，在這次研究發現的「氫化過程」裡，不僅鋰離子無法回歸陰極，會導致電極材料劣化，氫分子從電解液中不斷脫離，也會讓電解液效力下降，對感情壽命產生嚴重的破壞，喔我是說電池壽命。
「解決電池壽命問題是當前科學家的一大任務，這直接影響到儲能和電動車的表現」，研究負責人 Michael Toney 表示，找到了電池衰退的真正原因後，電池技術開發者就有機會做出更長壽、更耐用的鋰電池，不僅可以幫助電動車普及，也能減少電池耗損，讓整個產業更加永續。

• Solvent-mediated oxide hydrogenation in laxyered cathodes

（首圖來源：BMW）