研究：电池“呼吸”导致性能下降 ^{CEFR B2}

一项由德克萨斯大学奥斯汀分校、东北大学、斯坦福大学和阿贡国家实验室等机构参与的研究，揭示了可充电电池性能随时间下降的关键机制。研究人员指出，每次充放电循环引起的膨胀与收缩——他们称之为“呼吸”——会在电极内累积不可逆变化，从而产生应力并引发化学机械退化（chemomechanical degradation）。

研究还描述了所谓的“应变级联”模式：电极某一区域的应力会积累并扩散到邻近区域。电极内部数十万颗粒并非同步运动：部分颗粒快速移动，而另一些较为稳定，这种不均匀行为会在局部放大应力并随时间导致裂纹或其他损伤。该研究最初是在一项涉及商业耳机的设备上发现相关行为。

团队使用操作态透射X射线显微镜（operando transmission X-ray microscopy, TXM）和三维X射线层析成像（3D X-ray laminography）等先进实时成像技术直接观察这些效应，并在期刊上发表了相关结果。研究表明工程师可以通过改进电极结构或施加受控压力来降低损伤，团队也计划发展理论模型以解释电极内复杂的化学与机械相互作用。

• 可能的工程方向包括改进电极材料与结构。
• 也可以通过受控压力来减少循环损伤。

这项工作由美国能源部车辆技术办公室资助，参与机构还包括Sigray Inc.、SLAC国家加速器实验室等。