华人科学家找到了解决电动汽车锂电池衰减的方法

使用电动汽车的人都有过这样的经验，在行驶过程中电动汽车的电量不足时，必须得找充电站充电，而在充电站充电只能是快充。

无论是电动汽车还是电子产品，经常使用快充都会伤电池，导致电池容量下降，寿命变短，不仅如此，还有可能会导致电池不稳定。

可以简单理解一下，为什么快充会伤电池。

以锂离子电池为例，我们都知道，电池的工作原理是充放电发生的时候，锂离子在电池的正极和负极间不断地来回跑动，电子沿着导线在外部跟着来回移动，从而实现电能和化学能互相转变的过程。

电池容量下降意味着电池内部锂离子跑动的数量减少了，那是因为锂离子变成了锂金属，称为锂电镀，纯金属的锂不能再跑了，无法再进行电化学反应自然就减少了电池的容量。

随着电池充电次数的增加，都会发生这种情况，而快充则大大增加了锂离子变成锂金属的速度，不仅如此，金属沉积物的形成还会不规则不平滑，而这会影响电池的稳定性。

打个比方，人们排着队缓慢而有秩序地上火车时，在火车发车前，所有人都能顺利地找到自己的位置坐下。而当人们因为害怕错过发车时间而着急的快速涌进车门时，这时候会有一部分人能费劲的找到自己的位置，另一部分人则在冲撞的过程中被冲离了车门，甚至还有可能受伤，错过发车时间，导致车上人变少。另外，因为没有挤到位置而坐到了车顶的人可能会令火车产生安全隐患，想象一下印度的火车。

快充的过程是一样的道理，当双倍甚至四六倍充电时，所有的锂离子在电场的作用下必须以很快的速度涌向负极并试图在负极如石墨中找到自己的位置，就像人群在推挤的过程中会偏离方向一样，部分锂离子也会在这个涌流中被堵在了负极的外面，与电子错误的结合变成了金属锂，不再发生电化学反应。这种金属锂的不规则形成可能会造成电池不稳定，从而发生危险。

这个过程已经被了解很长时间了，科学家利用X射线也确实观察到了快充时锂从离子变成原子的过程，并且是充电速度越快，形成的锂金属就越快越多。

快充可以节省时间，但是伤电池也着实令人头痛。因此，解决的问题就是改善锂离子的传输方法，使得锂离子在快速涌向负极的时候能迅速找到自己的位置，有更多的锂能渗透入负极材料。

世界各地的科学家都在努力的寻找方法来解决这个问题，如改善负极材料，使得它们能更容易的容纳锂离子等。

最近，华盛顿大学的一个华人科研团队（两个人）认为快充过程中电池寿命下降，电池不稳定最核心的问题是离子移动不均匀造成的。金属离子在正负极间移动时会不断地穿过电池内部的隔膜，因此，隔膜是决定离子是否均匀移动的关键。

就类似于人们在到达火车车门前所走过的导流护栏，护栏做得越好，人们越不容易拥挤。

他们在电镜下拍到了金属离子穿透隔膜时的一个动态过程，发现离子在快充过程中不均匀的移动取决于隔膜的孔径。

电池隔膜是多孔的，以便容纳液体电解质以供金属离子移动，但有些隔膜的孔隙比其他隔膜大。如果孔径很小，意味着当金属离子向隔膜移动时，可以穿透的地方就会减少，导致大部分电流不是均匀分布，而是最终流到一些自然选择的位置，这可能导致电池短路。

两个合作的华人科学家设计了一个名为 Young-Laplace 过电位的数学模型，该模型捕捉了实际电池内部的物理动力学，并称他们找到了理想的物理阈值，它取决于隔膜的微观结构。

他们认为自己发现了完美的、稳定的、安全的快充电池配方，目前这项研究工作发表到了学术顶刊《Advanced Energy Materials》上。