权威实验探究：快速充电真的容易损坏电池吗？

根据美国能源部SLAC国家加速实验室史丹佛材料与能源科学研究所（SIMES）以及史丹佛大学（Stanford University）最近的一项研究结果发现，挑战普遍认为“快速充电”比缓慢充电对于电池电极要求更高的看法。

研究人员们在深入探索锂离子电池电极中的微小粒子如何表现后发现，为电池进行快速充电以及高功率快速耗电作业，并不至于像一般所认为的那样容易耗损，而缓慢进行放电与充电的好处也可能一直被过度夸大了。

这项调查结果还显示，科学家可望透过修改电极或改变电池的方式充电，以便促进更均匀的充放电，并进一步延长电池寿命。

史丹佛大学材料科学与工程系助理教授William Chueh指出，在这项研究结果以前，一般认为电池电极在充电与放电期间所发生的现象，只是决定电池寿命的多项因素之一，但这是因为未能对此充分理解之故。如今，我们已经找到思考电池老化的新方式了。

这项研究结果可以直接应用在当今商用锂离子电池的许多氧化物和石墨烯电极，以及大约一半以上正开发中的电池。 Chueh的研究团队包括来自麻省理工学院（MIT）、桑迪亚国家实验室、三星先进技术研究院以及罗伦斯柏克莱国家实验室（LBNL）等研究人员。

研究人员表示，电池耗损的一个重要原因是电池在充放电期间吸收与释放来自电解质的离子，造成负极与正极的膨胀与收缩所致。

这项研究的科学家们仔细探索由数十亿磷酸铁锂纳米粒子组成的电极。如果大部份或所有的纳米粒子主动参与充放电过程，也会更平缓且均匀地吸收与释放离子。但如果只有一小部份的纳米粗立吸收所有的离子，那么就会更容易发生破裂或损坏的情形，从而导致电池性能退化。

先前的研究对于纳米粒子如何活动的方式看法不一。为了进一步探索，研究人员们制造出小型的钮扣电池，以不同程度的电流和不同的时间快慢为其进行充电，然后再迅速移开并涤这些电池，以便完全中断充放电过程。接着，研究人员们将电极切成极薄的薄片，并送至柏克验室以先进光源同步加速器进行密集X光检验。

史丹佛大学研究生李一洋（Yiyang Li）表示，在充放电期间，一次就可以看到数千电极纳米粒子，并且拍下不同阶段的快照。

史丹佛大学研究生李一洋测试锂离子钮扣电池，观察电池正极中数十亿个纳米粒子针对不同充放电速度的反应。（来源：SLAC National Accelerator Laboratory）

数据的分析采用MIT开发的复杂模型，研究人员发现，只有一小部份的纳米粒子在充电时吸收与释放离子，即使是快速充电时也一样。但是，当电池放电时，有趣的事情发生了：随着放电速度加快到某种程度时，越来越多的粒子开始同时吸收离子，并转变至一种更均匀而较少损坏的模式。这竟味着科学家应该能够调整电极材料或制程，而仍保有更长的电池寿命。