全程干货_手机电池释放出很难闻的气体怎么办_你的手机电池可能在“泄气”，难怪越来越不耐用

　　来源：环球科学

图片来源：Pixabay　　最近，《科学》杂志发布了一项研究，揭示了锂离子电池自放电的新机制——电池内部出现了“泄漏”，导致阴极活性位点被占据　　撰文 | 王怡博　　审校 | 王昱　　即使你不使用手机或电动车停着不动，它们的电量也会慢慢减少。

实际上，所有充电电池都会出现类似的自放电现象　　虽然这是正常过程，但过度自放电会损害电池的内部结构，导致电池容量下降，影响其充放电循环次数，缩短电池寿命因此，理解锂离子电池自放电的起因并加以改善非常重要。

　　目前，关于自放电的主要观点认为它与锂离子损失有关，但仍有争议。最近，美国科罗拉多大学博尔德分校的迈克尔·F·托尼教授和他的团队发现了另一种导致电池自放电的途径，并将结果发表在《科学》杂志上。

图片来源：pexels　　溶剂的影响　　对于科学家和工程师而言，锂离子电池的实际表现并不容易解释，因为其中时刻发生着复杂的反应，传统的技术手段难以完全解析电池内部的变化　　锂离子电池主要由阳极（以石墨为主）、电解质、隔膜和阴极（以层状锂的过渡金属氧化物为主）组成。

其中，锂离子作为关键物质，储存在电池的阴阳两极，电解质负责传输这些带电粒子

　　第一款商用锂离子电池后来的结构基本没有变化，只是根据应用调整了材料2019年，锂离子电池获得了诺贝尔化学奖（图片来源：https://www.nobelprize.org/uploads/2019/10/popular-chemistryprize2019.pdf）。

星界云手机，为你提供无限扩展的云端移动能力！群控改机、定制镜像、界面预览、应用安装、云机授权、灵活组网，多种功能助你灵活应对各种场景需求。

　　自放电现象可能发生在阴极或阳极这项研究的关注点在于自放电时阴极的变化，因为阴极材料决定了电池的能量储存能力　　此外，锂离子电池的电解质通常使用碳酸酯类有机溶剂来溶解锂盐研究者担心，这些溶剂可能会与阴极材料发生反应，影响电池的使用寿命。

　　阴极中的“泄露”　　研究者知道，当电池在高电压下充电、快速充电或在高温环境下运行时，都可能引起自放电因此，他们让电池“定格”在自放电现象发生时，监测电池的开路电压，并利用近边X射线吸收精细结构（NXAFS）技术揭示阴极材料中过渡金属（主要是镍、钴、锰）的价态变化。

　　X射线被发现之后，科学家一直在探索其性质和应用最著名的应用之一是X射线衍射（XRD），它能够揭示晶体结构，但对于无序结构则不太适用X射线吸收光谱（XAS）弥补了这一缺陷随着技术进步，XAS发展成为XAFS，这种技术大大提高了光谱质量，使科学家能够分析元素的价态与配位环境。

　　通过分析这些X射线吸收谱，研究者发现阴极中锰离子几乎没有变化，钴离子变化也很小，只有镍离子发生了显著变化——电池自放电时，阴极层状氧化物中的镍价态降低，即镍被还原了问题是，镍被什么还原了？　　在锂离子电池的电解液中，能发生什么还原反应？研究者推测，只能是加氢反应。

　　换句话说，在阴极和电解质的界面上可能发生了氢转移，导致表面的镍与氢原子或分子发生反应，即加氢反应，从而被还原但电解质本应只传输锂离子，那么氢从何而来？　　由于氢元素很小且在溶液中普遍存在，难以观察到。

因此，研究者将电解质溶剂中的氢替换为较重的同位素氘，然后利用高能X射线成像和质谱来追踪氘在电池内的移动情况　　结果显示，氢原子或者说氢分子是从电解质的溶剂中“泄露”出来的，就像电解液“漏气”一样，然后随着锂离子迁移到阴极表面，并与这里的镍发生反应。

氢与锂元素的浓度梯度相反图片来源：原论文　　但实验与计算证据表明，氢原子在阴极表面的浓度高于体内，而阴极表面的锂离子浓度低于体内这意味着迁移到阴极表面的氢原子占据了原本属于锂离子的位置，导致可用的锂离子减少，从而降低了电池容量和性能。

　　他们推测，正是氢原子在阴极表面积聚的过程，引发了自放电及电池退化托尼表示，只有了解电池退化的原因，我们才能设计出更耐用的电池　　这项研究能够看到氢原子在阴极表面积聚及其影响，得益于美国阿贡国家实验室的先进光子源。

该装置利用接近光速的回旋电子产生高效稳定的X射线束，使研究者能够在原子水平上观测锂离子电池内部阴极材料加氢的发生及其对自放电的影响　　https://www.sciencenews.org/article/rechargeable-batteries-life-explanation

　　-电商广告-　　《环球科学》2024年11月新刊正在热卖

星界云手机，让你的移动办公更加高效便捷！24小时稳定在线，专业级GPU硬件加速，支持多种办公应用，让你随时随地完成工作任务，实现移动办公的无缝连接。