可充電鋰離子電池不會永遠滿格，經過足夠多的充電和再充電循環后，它們最終會報廢。現在，美國研究人員發現，電池衰減背后的因素實際上會隨時間而變化。早期，衰變似乎是由單個電極粒子的特性驅動的，但經過數十次充電循環后，這些粒子如何組合在一起更為重要。

這項近日發表在《科學》雜志上的新研究，由美國能源部SLAC國家加速器實驗室研究人員以及普渡大學、弗吉尼亞理工大學和歐洲同步加速器輻射設施的同事共同實施。研究人員使用計算機視覺技術，研究構成電池電極的單個粒子如何隨著時間的推移而分解。

研究人員表示，電池粒子就像人一樣，“我們開始都走自己的路，但途中我們會遇到其他人，最終我們會成群結隊，朝著同一個方向前進。要了解峰值效率，我們不但需要研究粒子的個體行為，還需要研究這些粒子在群體中的行為方式”。

研究人員用X射線研究了電池陰極。在經歷了10或50個充電周期后，他們使用X射線斷層掃描重建了陰極的3D圖像。他們將這些3D圖片切割成一系列2D切片，并使用計算機視覺方法來識別粒子。

最后，他們確定了2000多個單獨的粒子，為此他們不僅計算了單個粒子的特征，例如大小、形狀和表面粗糙度，還計算了更多的全局特征，例如粒子彼此直接接觸的頻率以及粒子形狀的變化程度。

研究人員接著發現了一個引人注目的模式：在10次充電循環后，最大的因素是單個粒子的特性，包括粒子的球形程度以及粒子體積與表面積的比率。然而，在50個循環之后，配對和組屬性推動了粒子分解。

研究人員表示，這不再只是粒子本身，重要的是粒子—粒子相互作用，因為這意味著制造商將可開發控制這些特性的技術。如使用磁場或電場將細長的粒子彼此對齊，新結果表明這將延長電池壽命。

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