現在在鋰離子電池中也發現了記憶效應

鋰離子電池是許多商用電子設備中使用的高性能能量存儲設備。當然，它們可以以相對較小的體積存儲大量能量。先前也廣泛認為它們不顯示記憶效應。這就是專家稱電池工作電壓因不完全充電或放電而引起的偏差，這種偏差可能導致僅一部分存儲能量可用，并且無法可靠地確定電池的充電水平。但是，Paul Scherrer Institute PSI的科學家與日本豐田研究實驗室的同事們現已發現，一種廣泛使用的鋰離子電池具有記憶效應。這一發現與在電動汽車市場上使用鋰離子電池的進展特別相關。這項工作今天在科學雜志上發表自然材料。

我們的許多日常設備得到他們的能源供應來自電池，而不是總是被稱為“聰明”，因為他們在廣告中描述，往往都配備了一種記憶。例如，在電池用完之前給電池供電的剃須刀或電動牙刷充電，以后可以對謹慎的用戶進行報復。電池似乎記住您只用了部分存儲容量–最終不再提供其全部能量。專家將其稱為“記憶效應”，這是由于電池的工作電壓由于不完全的充放電循環而隨著時間的推移而下降的緣故。這意味著盡管電池仍在放電，但它提供的電壓有時仍然太低，無法驅動相關設備。因此，記憶效應有兩個負面影響：首先，減小了電池的可用容量，其次，電壓和充電狀態之間的相關性發生了變化，因此不能基于電壓可靠地確定后者。長期以來，鎳氫鎘和鎳金屬氫化物電池都存在記憶效應。自從1990年代鋰離子電池開始成功銷售以來，這種電池就沒有記憶效應了。正如這項新研究表明的那樣，這是錯誤的。

電動和混合動力汽車記憶效應的后果

對于鋰離子電池中用作正極的最常見材料之一，磷酸鐵鋰（LiFePO4），現已確認了其記憶效應及其相關的異常工作電壓偏差。對于磷酸鐵鋰，在大的充電狀態下電壓實際上保持不變。這意味著即使是很小的工作電壓異常也可能會被誤解為充電狀態的重大變化。或者換一種說法：當根據電壓確定充電狀態時，由于電壓的較小偏差會導致較大的誤差。對于在電動汽車領域使用鋰離子電池的預期步驟，記憶效應的存在尤其重要。特別是在混合動力汽車中?在其正常運行期間發生的許多充電/放電循環中，可能會產生這種影響。在這種車輛中，在每次制動操作期間，通過以發電機模式運行的發動機對電池進行部分充電。在加速階段，它又被排出，通常只是部分排出，以協助發動機。這項新的研究表明，局部充電和放電的無數次連續循環會導致個別的小記憶效應，再加上大的記憶效應。在通過軟件基于電壓的當前值來計算充電狀態的情況下，這導致電池的當前充電狀態的估計中的誤差。在每次制動操作期間，以發電機模式運行的發動機會為電池部分充電。在加速階段，它又被排出，通常只是部分排出，以協助發動機。這項新的研究表明，局部充電和放電的無數次連續循環會導致個別的小記憶效應，再加上大的記憶效應。在通過軟件基于電壓的當前值來計算充電狀態的情況下，這導致電池的當前充電狀態的估計中的誤差。在每次制動操作期間，以發電機模式運行的發動機會為電池部分充電。在加速階段，它又被排出，通常只是部分排出，以協助發動機。這項新的研究表明，局部充電和放電的無數次連續循環會導致個別的小記憶效應，再加上大的記憶效應。在通過軟件基于電壓的當前值來計算充電狀態的情況下，這導致電池的當前充電狀態的估計中的誤差。這項新的研究表明，局部充電和放電的無數次連續循環會導致個別的小記憶效應，再加上大的記憶效應。在通過軟件基于電壓的當前值來計算充電狀態的情況下，這導致電池的當前充電狀態的估計中的誤差。這項新的研究表明，局部充電和放電的無數次連續循環會導致個別的小記憶效應，再加上大的記憶效應。在通過軟件基于電壓的當前值來計算充電狀態的情況下，這導致電池的當前充電狀態的估計中的誤差。

研究人員發現，充放電過程背后的微觀機制是目前鋰離子電池中記憶效應的最終原因。電極材料-在這種情況下為磷酸鋰鐵（LiFePO4）-由大量微米級的細小顆粒組成，這些顆粒一個接一個地充電和放電。研究人員將此充放電模型稱為“許多粒子模型”。充電逐個顆粒進行，并涉及鋰離子的釋放。因此，充滿電的顆粒不含鋰，僅包含磷酸鐵（FePO4）。放電又涉及將鋰原子重新結合到電極顆粒中，從而使磷酸鐵（FePO4）再次變成鋰-磷酸鐵（LiFePO4）。與充電和放電相關的鋰量的變化引起各個顆粒化學勢的變化，這反過來又改變了電池的電壓。但是，充電和放電不是線性過程。在充電過程中，隨著鋰離子的逐步釋放，化學勢最初會增加。但是隨后，顆粒達到了臨界的鋰含量值（和化學勢）。此時，出現一個突然的轉變：粒子非常快地釋放出剩余的鋰離子，但不允許改變其化學勢。這是解釋為什么電池電壓在大范圍內（電壓平穩期）實際上保持不變的原因。隨著鋰離子的逐步釋放，化學勢最初會增加。但是隨后，顆粒達到了臨界的鋰含量值（和化學勢）。此時，出現一個突然的轉變：粒子非常快地釋放出剩余的鋰離子，但不允許改變其化學勢。這是解釋為什么電池電壓在大范圍內（電壓平穩期）實際上保持不變的原因。隨著鋰離子的逐步釋放，化學勢最初會增加。但是隨后，顆粒達到了臨界的鋰含量值（和化學勢）。在這一點上，有一個突然的轉變：粒子非常快地釋放出剩余的鋰離子，但不允許改變其化學勢。這是解釋為什么電池電壓在大范圍內（電壓平穩期）實際上保持不變的原因。

在電池充電和放電之間經過的時間在這些過程結束時確定電池狀態方面起著重要作用。充電和放電是改變電池的熱力學平衡的過程，并且該平衡可以在一段時間后實現。科學家發現，閑置足夠長的時間可以用來消除記憶效應。但是，根據許多粒子模型，這僅在某些條件下發生。只有在部分充電然后完全放電的周期后等待足夠長的時間，記憶效應才會消失。在這種情況下，兩個粒子組在完全放電后仍會分開，但位于勢壘的同一側。因此，分離消失了，因為顆粒達到了平衡狀態，其中所有鋰含量相同。但是，記憶效應仍然存在，只要您在部分充電后且未完全放電之前等待。此處，粒子位于勢壘的相對兩側，這防止了將其劃分為“富鋰”和“貧鋰”的反向過程。