设计完美电池时需要考虑的五大因素
我们是一个能源密集型社会。自 18 世纪末工业革命到来以来，对电力的需求稳步增长，为从工业运营到家用电器的方方面面提供了燃料。与此同时，对高效储能的需求也在增加。尽管自 Galvani 和 Volta 开发第一款电池以来已经发生了很大变化，但基本原理仍然保持不变。电池在能源储存和按需释放方面发挥着重要作用，确保可靠的能源供应。
然而，随着我们从化石燃料转向更绿色、更可持续的社会，对更好电池的需求也在增加：更耐用的手机和笔记本电脑、电动汽车、踏板车和自行车，以及由可再生能源供电的房屋，仅举几例。这些电池还必须是可充电的，而不是一次性的，以最大限度地减少不必要和污染严重的废物（如铅酸电池）的产生。
那么，是什么让电池变得好呢？没有一个特征意味着我们的能量存储是最佳的;而是决定其质量的参数组合。在这篇博文中，我们讨论了完美电池所需的 5 大特性。
1. 循环寿命长
评估电池时要考虑的一个关键参数是它们的使用寿命。随着时间的推移，当它经历充电/放电循环时，电池会逐渐失去恢复到其原始容量的能力。电池寿命取决于其总容量下降到一定值（通常是原始容量的 80%）之前从完全充电到完全放电的次数。
2. 高效率
能量效率，也称为库仑效率，测量在充电周期期间从电池的一个电极转移到另一个电极的电子与放电过程中转移回来的电子的比率。该指标通常被强调为了解电池性能的最重要参数。在此过程中损失的能量是电池内阻的结果，其中能量随着热量的消散而损失。在锂离子电池中，这个值非常高，一般在 98% 以上。这使它们成为需要最小能量损失和长循环可靠性能的应用的理想选择。
3. 高能量密度
能量密度是指电池每单位质量可以存储的能量，这使其成为当今世界的关键参数，因为当今世界对更小、更强大的电池的需求不断增长。例如，智能手机和电动汽车等设备在较长时间内需要更多的能量。因此，更高的能量密度对于在不显著增加电池尺寸的情况下满足这些需求至关重要。然而，当电池中装有更高的能量时，电池故障的危险会更高。
与此密切相关的是功率密度，它衡量每单位质量的能量输出率。能量密度侧重于电池可以存储多少能量，而功率密度表示能量的传输速度。这两个指标对于为现代应用设计既高效又安全的电池至关重要。
4. 安全
电池旨在储存能量以在受控条件下释放，但在过去几年中，电池故障已成为频繁的头条新闻。电池供电会导致温度升高。大多数情况下，热量由系统散发，但冷却不足会导致热量积累。电池的某些成分（例如电解质和阴极）容易受到分解反应的影响，此时构成它们的分子可以分解成更简单的分子。
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分解反应会释放出额外的热量，从而产生一个危险的正反馈回路，称为热失控。随着温度的升高，电池会因电池内气体的积聚而变形。这些气体是易燃的，可以与阴极分解产生的氧气发生反应，产生易爆炸的高挥发性混合物。
5. 高低温性能好
温度对电池的性能有很深的影响。通常，较高的温度会提高电池性能，而较低的温度会对其产生负面影响。然而，电池在理想工作温度之外运行会严重影响其循环寿命。例如，一项研究表明，锂离子电池在 25°C 下运行 200 次循环时，性能下降了 3.3%。当电池在 56°C 下工作时，该值增加了一倍。 此外，正如我们在上一节中讨论的那样，高温可能会影响电池的正常功能，从而增加热失控的可能性。
理想电池的路线图
开发“完美电池”需要仔细平衡几个关键特性。长循环寿命确保电池可以长时间使用而不会损失容量。高效率是基础，因此可以最大限度地减少能量损失，同时提高其性能。能量密度对于满足对更强大设备的需求至关重要，尽管设备紧凑，但对于手机和电动汽车 （EV） 等设备尤为重要。然而，由于热失控的可能性更高，更高的能量密度也带来了挑战，尤其是在安全方面。此外，电池需要能够在一定温度范围内运行，这可能对其性能和使用寿命有害。归根结底，电池创新需要专注于优化这些参数，因为我们迈向绿色未来，在这个未来中，我们可以依靠高效、安全和持久的储能解决方案。随着研究的继续，我们可能会看到更先进的电池，它们突破了能源存储和使用的可能性。
来源
https://www.ufinebattery.com/blog/10-characteristics-of-good-lithium-batteries/
