工程师们针对一个许多人每天依赖的实用技术——无线耳塞中电池退化这一熟悉的问题进行了研究。
你有没有想过，为什么你电子设备中的电池似乎没有以前那么持久了？
由德克萨斯大学奥斯汀分校主导的全球研究小组采用不同的方法解决了这一电池退化的普遍问题。他们的重点是我们经常使用的无线耳塞。他们利用X射线、红外线和其他成像技术深入了解这些小设备内部的复杂技术，并理解其电池性能随时间下降的原因。
“一切始于我个人的耳机；我只使用右耳塞，而我注意到，经过两年后，左耳塞的电池寿命仍然明显更长，”最近在Advanced Materials上发表研究的机械工程沃克系的副教授Yijin Liu分享道。“这促使我们进一步调查，看看我们能发现什么。”
研究人员发现无线耳塞中一些重要组件，如蓝牙天线、麦克风和电路，与电池之间的不良互动导致了一个有问题的微环境。这种情况导致了温度差异——电池顶部和底部的温度变化，从而造成了损害。
现实世界中的暴露也促成了这一问题，温度波动、空气质量变化和其他不可预测的因素影响着性能。虽然电池经过工程设计以应对恶劣条件，但环境的频繁变化也带来了一系列挑战。
研究人员认为，这些结果突显了在考虑电池如何融入智能手机、笔记本电脑和汽车等日常设备时，必须关注的重要性。有哪些包装方案可以减少与敏感组件的有害互动，以及如何根据不同用户习惯调整电池性能？
“人们使用设备的方式改变了电池的行为和效率，”研究的主要作者、Liu实验室的博士后研究员Guannan Qian指出。“暴露于不同的温度、个人充电习惯和电动车用户特有的驾驶风格都会影响电池性能。”
在他们的实验中，Liu和他的同事与德克萨斯大学的火灾研究小组紧密合作，该小组由机械工程师Ofodike Ezekoye领导。他们将Ezekoye的红外成像技术与德克萨斯大学奥斯汀分校和Sigray Inc.的X射线设备结合在一起。为了收集全面数据，他们还访问了一些世界上最先进的X射线设施。
他们与著名机构的团队合作，如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）。这些著名实验室为研究人员提供顶级同步辐射设施的使用权限，使他们能够在真实条件下揭示电池的复杂动态。
“通常，在实验室环境中，我们要么检验稳定且全新的情况，要么是极端案例，”布鲁克海文国家实验室的物理学家Xiaojing Huang解释道。“随着我们创新和开发新类型电池，关键是要认识到实验室环境与现实世界不可预测性质之间的差异。X射线成像可以提供对这些差异的关键见解。”
Liu提到，他的团队将继续探索电池在现实世界场景中的性能，并可能将研究扩展到用于智能手机、笔记本电脑和电动汽车等设备的大型电池。
完整的研究团队包括：来自沃克机械工程系的Tianxiao Sun和Ayrton M. Yanyachi；来自SLAC的Guibin Zan、Jizhou Li、Dechao Meng、Vivek Thampy、Sang-Jun Lee、Jun-Sik Lee和Piero Pianetta；来自Sigray的Sheraz Gul和Wenbing Yun；来自布鲁克海文国家实验室的Xiaojing Huang、Hanfei Yan和Yong S. Chu；来自阿贡国家实验室的Juanjuan Huang和Shelly D. Kelly；来自ESRF的Peter Cloetens；以及来自普渡大学的Kejie Zhao。
