根據最新研究，電池隨著時間的推移會失效，原因在於其內部材料並不穩定，並且這些材料的運動比以往所認為的更加動態。這一發現可能會改變科學家設計更耐用電池的方法，無論是用於設備還是電動車。研究人員長期以來相信，電池內部的粒子是逐漸退化的，並且大多數時間保持靜止。然而，新的研究揭示，這些粒子在運行中實際上會移動、碰撞和重新排列，這加速了電池的磨損和失效。這項研究來自於東北大學的研究人員，他們實時追踪了電池材料的行為，挑戰了將電池退化視為緩慢和靜態過程的傳統模型。
研究團隊發現，電池內部的粒子行為更像是快速移動的物體，隨著電池充電和放電不斷改變位置。這種持續的運動造成了內部壓力，導致裂紋和最終的故障。研究人員指出，人們一直認為這些粒子靜止不動並緩慢退化，但實際上它們的移動頻繁，類似流星的運動。這種運動意味著粒子經常發生碰撞和重新排列，形成電池結構內的弱點。隨著時間的推移，這些反覆的變化導致性能下降和容量損失。
這項研究顯示，粒子運動所造成的機械應力在電池老化中扮演著關鍵角色。當粒子移動時，會產生內部應變，這可能導致裂縫和效率降低。理解這種行為為改善電池設計開辟了新的途徑。工程師可以開發限制粒子運動或更好吸收由此造成的應力的材料或結構。研究人員建議，未來的電池可能需要考慮這種動態行為，而不是假定內部結構穩定。這可能導致更耐用的設計，能在更長的時間內維持性能。
這些發現還突顯了當前電池模型的局限性，這些模型通常假設材料隨時間保持結構穩定。忽略粒子運動可能會低估實際電池內部損壞的速度。將動態行為納入模擬可能改善對電池壽命和在不同使用條件下性能的預測。這一見解可能指導未來的電池標準和測試方法，更好地反映實際性能和在壓力下的長期可靠性。該研究還對電動車和電網儲能系統具有重要意義，因為電池壽命是關鍵因素。減少內部損壞可以延長電池壽命並降低更換成本。
這項研究提供了對能源儲存中長期存在的問題的新視角，將焦點從化學降解轉向電池內部的物理動態。相關研究成果已發表於《Science》期刊。
