隨著時間的推移，電池的內部材料會出現位移，這是導致電池失效的主要原因。最新的研究顯示，這種材料的運動比以往想像中更加動態。這一發現可能會改變科學家設計更耐用電池的方式，無論是用於電子設備還是電動車。多年來，研究人員認為電池內部的顆粒會逐漸劣化，並且大多數時間保持固定。然而，一項新研究揭示這些顆粒在運行過程中實際上會移動、碰撞並重新排列，這加速了磨損和失效。
這項研究來自於美國東北大學，研究人員實時追蹤了電池材料的行為。他們的觀察挑戰了傳統模型，這些模型認為電池劣化是一個緩慢且靜態的過程。相反，研究團隊發現電池內部的顆粒表現得更像是快速移動的物體，在充電和放電過程中不斷變換位置。這種持續的運動會造成應力，導致裂縫和最終的崩潰。
研究人員指出，過去人們以為這些顆粒靜止不動並緩慢劣化，但實際上它們的運動非常頻繁，像流星一樣。這種運動意味著顆粒經常碰撞和重新排列，形成電池結構內部的弱點。隨著時間的推移，這些反覆的變化會導致性能下降和容量損失。研究結果解釋了為何電池在重度使用下經常比預期更快劣化，也突顯了儘管材料不斷進步，改善電池壽命仍然是一項挑戰。
研究顯示，顆粒運動所造成的機械應力在電池老化中扮演了關鍵角色。當顆粒移動時，會產生內部應變，這可能導致裂縫和效率降低。理解這種行為為改進電池設計開啟了新路徑。工程師可以開發限制顆粒運動或更好地吸收由此產生的應力的材料或結構。研究人員建議，未來的電池設計需要考慮這種動態行為，而不是假設內部結構穩定，這可能會導致更耐用的設計，並在更長時間內保持性能。
這一發現同時突顯了現有電池模型的局限性，這些模型通常假設材料隨著時間的推移保持結構穩定。忽略顆粒運動的模型可能會低估實際電池內部損傷累積的速度。將動態行為納入模擬可能改善對電池壽命和性能的預測，尤其是在不同使用條件下的表現。這一洞見也可能指導未來的電池標準和測試方法，更好地反映在壓力下的實際表現和長期可靠性。
此外，這項研究對於電動車和電網儲能系統的影響也不容忽視，因為電池的壽命至關重要。減少內部損傷可能延長電池壽命並降低更換成本。通過關注顆粒的運動而不僅僅是劣化過程，這項研究為能源儲存領域長期存在的問題提供了新角度，將重點從化學分解轉向電池內部的物理動態。這項研究已發表於《科學》期刊。
