盖世汽车讯 据外媒报道，由剑桥大学（University of Cambridge）牵头的研究团队的最新研究表明，延长电动汽车（EV）电池寿命的关键，可能并不在于特殊材料或全新的化学体系，而是简单的物理压力。

研究团队研究了物理压力对锂离子电池寿命的影响，发现对电池施加恒定压力可使其寿命延长一倍。

在电池研发领域，这种提升是前所未有的，因为通常情况下，调整电池成分只能带来5%到10%的寿命提升。延长电动汽车电池的寿命不仅可以减少其最终被填埋或回收的比例，还可以减轻镍或钴矿开采带来的环境压力。

然而，压力必须恰到好处——过大或过小都会导致电池失效。研究人员设计了一种定制装置，无需任何特殊化学技术即可将电池压力维持在“恰到好处”的范围内。相关研究成果已发表于期刊《Nature Energy》。

图片来源：《Nature Energy》

电池是如何被“挤压”的

从最基本的结构来看，锂离子电池由负极（anode）、正极（cathode）和电解液（electrolyte）组成。在每次充放电循环中，锂离子会在负极和正极之间来回迁移。这一过程会导致电池发生物理上的膨胀与收缩，几乎就像在“呼吸”。

来自剑桥大学工程系的教授、这项研究的共同负责人之一Michael De Volder表示：“电池通常并不喜欢这种反复受压与释放的循环。目前，大多数改进锂离子电池的工作都由化学家和物理学家主导，但作为一名机械工程师，我也希望研究力学因素在其中所起的作用。”

为此，Michael De Volder及其同事开发了一种装置，利用气动“波纹管（bellows）”对一种名为软包电池（pouch cell）的电池进行挤压。波纹管是一种充满空气的小型缓冲结构，其作用类似于可自适应调节的夹具。它能够持续提供恒定压力，同时传感器会监测电池在充放电过程中的微小体积变化。

Michael De Volder说道：“我们只是购买了商用电池，并在不同压力条件下测试其寿命。我们完全不需要改变它们的电解液或电极组成。”

狭窄的压力最佳区间

研究发现，波纹管施加的压力必须处于“黄金区间”——大约为12.5巴（bar），即181磅/平方英寸（psi），约为传统纽扣电池标准压力的四倍。如果超出这一范围，电池的寿命会缩短。如果压力过高，会导致锂沉积（lithium plating）在负极表面形成；而压力过低，则会导致正极开裂。

Michael De Volder 表示：“我们发现，在每次充放电循环中，如果能让压力保持相对恒定，电池整体寿命会明显更长。压力太大，负极会损坏；压力太小，正极会开始老化。我们的实验找到了电池在压力方面最合适的‘舒适区’。”

更长的使用寿命，更少的采矿量

尽管目前研究仍处于早期阶段，但其结果可能对快速增长的电动车市场，尤其是二手车市场，产生重要影响。Michael De Volder表示：“产品寿命越长，材料需要回收再利用的次数就越少。而目前我们在电池回收方面做得并不好。”

此外，更长寿命的电动车电池还能减少制造新电池所需原材料的开采量，而这些矿产通常是在极其恶劣的条件下开采出来的。

Michael De Volder说道：“我们提出了一种让电动车更加清洁的解决方案，但也必须确保这不会在世界其他地区引发新的生态灾难。如果我们能稍微减轻这些采矿作业的压力，那将是另一项重要收益。”

目前，这项技术已在实验室规模完成验证，但若要应用于商业化电池，还需要进一步扩大规模。该技术相关专利已由剑桥大学的创新机构Cambridge Enterprise提交申请。