电池容量为什么越来越小?

栏目:百科 发表于:2019-2-6 14:29查看: 261647

  从你买到电子产品的那一天起,它身体内部的电池就踏上了衰亡之旅,逐渐变得不再活力无限。电池的衰老历程该归咎于谁呢?当然电池制造商逃脱不了干系。但是你知道为什么电池容量越来越小吗?放肆吧为您揭秘!

  充电电池如何工作?

  我们说的充电电池,一般是指锂电池或者其他类似的电池。

  简单来讲,锂电池的工作原理是这样的:阳极(负极)由非金属性质的锂化合物构成,并和由碳构成的阴极(正极)相连。充电时,锂离子(或带电原子)在外界电压作用下被迫从负极运动到正极,然后在正极储存下来。放电时,这些储存的锂离子又回流到负极形成电流,为本本或手机提供了能量。(阳极就是负极?其实电池内部的阳极即为外部的负极,内部的阴极即为外部的正极。)

  充电、放电其实都是电池内部的化学反应,是离子从负极到正极或从正极到负极的运动过程,构成正负极的化合物随着反应的进行来回变换。

  而其他电池的工作原理也如出一辙。锂电池是很好的一款适用于电子东东的电池。它重量轻、结构简单、非常适合做充电电池。更重要的是,它在进行过数百次的充放电之后才会发生老化,还是比较耐用的。但它终究也有坏掉的时候,也不能长生不老。

  充电电池为何老化?

  假设电池容量下降1/3以上就算报废,那么对于锂离子电池而言,你即便是买来不用,它也会在某一天报废。在正常使用条件下,它也只有区区几年的寿命;如果让它超负荷工作,那么它的寿命可能连两年都到不了。因为电池的工作是个化学反应过程,消耗是在所难免的。毕竟任何化学反应都不可能存在理想状态,都会产生能量的损失和一些额外物质的生成,电池中进行的反应也同样如此。

  加拿大电池测试分析公司Cadex的董事长Isidor Buchman说:

  随着电池使用时间的增加,锂离子流动的通路被逐渐增加的障碍物阻塞,直到最后电池彻底报销。在电池电极上聚集起来的这种物质,直接导致了电池稳定性的下降。

  Isidor Buchman描述的这个过程,就是指电池的负极在成千上万次的化学变化中逐渐变质的过程。构成负极的锂化合物在化学反应中不断地吸收和释放锂离子,同时自身的结构也发生着改变,导致离子的交换变得困难。打个通俗的比方,这就像是一块厨房的抹布,在经历了无数次的洗涤、拧干之后,变得破烂不堪,最后彻底失去作为抹布的功能。(下图是工作温度和电池剩馀容量的图表)

  对电池更大的威胁,是其内部无数次化学反应产生的一些金属游离物质,这种金属物质会在负极上大量聚集,同时在正极上也会有少部分聚集。最终导致两极上都形成一种金属镀层,这对于电池工作是极其不利的。

  另外电池中的电解质也能够破坏电极。他们逐渐氧化负极,并且在上面留下锈迹,阻塞锂离子流动。电极被电解质逐渐地侵蚀会引发很严重的后果,比如电池老化、电极的吸纳离子能力降低、电解质成分变化、电池表面被腐蚀。

  董事长Isidor Buchman认为:

  当今市面上的电池都无法有效抑制这个老化过程。但是这并不代表没有解决方案,只是因为消费者不想在购买电池上花太多的银子,因此电池的制造商就只能本着低成本的原则了。市场需求决定了产品性能,消费者不想电池的价格太贵,但又要求它体积尽量小、待机尽量长。无奈之下,这就只能牺牲电池的寿命了。因此,现在市面上充斥着廉价、小巧、超长待机、但寿命短的可怕的电池。

  此外还有部分人为的因素,促成了这些昂贵电子产品的短命。你会注意到,人们通常每两年就要会换一次手机,并非手机坏了而是因为他们所签订的购机合同只有两年的期限,这促使他们在两年之后重新更换手机。同样本本更替的时间也长不了多少。

  看你是不是也会经常有这样的想法:两年前买的iPod用的还很好,但是不知道为什么,你现在又想换一个新的了。一代苹果gen unibody本本还没有过时,但是你已经又被13英寸的新一代Air吸引住了,是不是这样呢?所以我们也不能总是把电子产品更换的原因归结到电池老化上,尽管这的确是个重要诱因。

  应该怎样改善现状?

  时间促使变革,电池技术也同样如此。Buchman说:

  目前锂离子电池的容量已经基本上达到了极限,但是好在新的技术已经初露端倪。目前的研究大都集中在如何改进电池的负极上。传统的负极是由碳构成的,但是有些研究已经试图通过混入少量硅来提高电池容量。在英国电池制造商正在试图通过合成一种新的化合物来研制更好的电池。

  得益于电池技术的不断革新,电动汽车发展势头迅猛。不同于Apple或Dell这样的公司,汽车产业不能接受仅仅只能使用几年的产品,所以汽车制造商投入了大量的资金和时间,期望能尽快研发出能效高,容量大、寿命长的电池。

  至于Buchman提出的消费者的原因,相信也会很快解决。如果将来的购机入网协议可以更长,甚至是取消时限,同时消费者也不再热衷于频繁更换电子产品,那时电池寿命的重要性就会凸显出来。那样的话消费电子商们也会不遗馀力的去革新电池技术了,就像今天的汽车制造商那样。