科学家揭示无线耳塞电池越用越不耐用的根本原因

研究人员利用 X 射线等先进成像技术研究无线耳机中的电池。 图片来源：德克萨斯大学奥斯汀分校 | 科克雷尔工程学院

由德克萨斯大学奥斯汀分校领导的一个国际研究团队，对这一众所周知的挑战--电池衰减进行了一番研究。 他们没有研究普通电池，而是把重点放在了我们许多人日常使用的真实技术上：无线耳塞。 他们利用 X 射线、红外线和其他成像技术，揭示这些微型设备内部的复杂性，以了解它们的电池寿命为什么会随着时间的推移而缩短。

科克雷尔工程学院沃克机械工程系副教授刘毅进表示："这要从我个人的耳机说起；我只戴右边的耳机，我发现两年后，左边耳塞的电池续航要长得多，"他领导的这项新研究发表在《先进材料》上。"因此，我们决定对其进行研究，看看我们能发现什么"。

刘毅进教授领导了一项国际研究工作，以进一步了解商用无线耳机中的电池。 资料来源：德克萨斯大学奥斯汀分校 | 科克雷尔工程学院

现实世界的因素及其影响

他们发现，紧凑型设备中的其他关键部件（如蓝牙天线、麦克风和电路）与电池发生冲突，形成了一个极具挑战性的微环境。 这种动态变化导致了温度梯度--电池顶部和底部的温度不同，从而损坏了电池。

在现实世界中，有许多不同的温度、空气质量程度和其他意外因素，这也是电池损坏的原因之一。 电池的设计通常是为了承受恶劣的环境，但频繁的环境变化本身就具有挑战性。

研究人员说，这些发现说明，有必要更多地考虑如何将电池融入手机、笔记本电脑和汽车等现实世界的设备中。 如何对电池进行包装，以减少与可能造成损害的部件之间的相互作用，以及如何根据不同的用户行为对电池进行调整？

图片来源：德克萨斯大学奥斯汀分校

"使用不同的设备会改变电池的行为和性能，"本文第一作者、刘博士实验室博士后研究员钱冠南说。"它们可能暴露在不同的温度下；一个人的充电习惯与另一个人不同；每个电动汽车车主都有自己的驾驶风格。 这些都很重要。"

为了进行实验，Liu 和他的团队与机械工程师 Ofodike Ezekoye 领导的UT 火力研究小组密切合作。 他们利用 Ezekoye 的红外成像技术来补充UT Austin 和 Sigray 公司的实验室 X 射线技术。 但为了获得全貌，Liu 和他的团队求助于地球上一些最强大的 X 射线设施。

他们与来自SLAC国家加速器实验室的斯坦福同步辐射光源、布鲁克海文国家实验室的国家同步辐射光源II、阿贡国家实验室的先进光子源以及法国的欧洲同步辐射设施（ESRF）的团队进行了合作。 这些国家和国际机构为研究人员提供了使用世界一流同步辐射设施的机会，使他们能够揭示电池在真实条件下的隐藏动态。

布鲁克海文国家实验室的物理学家黄晓晶说："在实验室里，大多数时候我们所面对的要么是原始稳定的条件，要么是极端条件。当我们发现和开发新型电池时，我们必须了解实验室条件与现实世界不可预知性之间的差异，并做出相应的反应。 X 射线成像可以为此提供宝贵的见解。"

刘说，他的团队将继续研究电池在实际条件下的性能。 这项工作可能会扩展到更大的电池，比如为我们的手机、笔记本电脑和电动汽车供电的电池。

编译自/ScitechDaily