英國劍橋大學研究團隊近日在《Nature Energy》發表了最新研究。報告指出，在充電與放電過程中，若能讓鋰離子電池維持在適當且穩定的外部壓力下，其使用壽命將有望直接延長約兩倍，且無需改變電池的活性材料、電解質或基本電池化學配方。
電池也需要「呼吸管理」？施壓延長壽命的關鍵
研究人員觀察到，鋰離子電池在充電與放電時，會像「呼吸」一樣自然地膨脹與收縮。然而隨著時間推移，這種長期反覆的機械變形會在電池內部累積機械應力，進而加速電池劣化。
為了驗證壓力對壽命的實際影響，研究團隊特別打造了一套客製化實驗裝置，利用氣動波紋管（Pneumatic Bellows）對電池施加恆定壓力，並同步精準測量電池在循環過程中微小的厚度變化。
研究結果顯示，壓力並非愈大愈好，而是存在明顯的最佳區間。當外部壓力約為 12.5 bar（約 181 psi）時，電池壽命表現最佳，壽命約為原來的兩倍，顯著優於其他較低或較高的壓力條件。不過，研究也發現壓力控制必須極其精細，若壓力不足會加劇正極（Cathode）裂解，而壓力過高則可能在負極（Anode）出現鋰金屬沉積，兩者都不利於電池的壽命與安全。
顛覆傳統，從「機械設計」為動力電池注入新活路
研究團隊與論文作者將此視為電池研究的一個新方向。過去產業與學界一味追逐新材料或新電解質的開發，但劍橋大學的成果證明，除了材料與電化學的改進外，單純透過電池的機械設計與受力控制，同樣能為動力電池的耐久性帶來顯著改善。
目前劍橋方面已透過其商業化分支機構（Cambridge Enterprise）為此技術申請專利。不過研究團隊也坦言，該研究目前仍停留在實驗室規模，後續仍需解決如何將這套壓力控制機制成功擴展，並完美整合到商用電池組與車用系統的工程問題。
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（首圖來源：shutterstock）
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