德州工程师们解决了一个众所周知的技术难题，即我们许多人每天都会使用的无线耳机的电池退化问题。

你是否注意到，电子产品的电池寿命往往没有刚买的时候那么长了？

你是否注意到电子产品里的电池不如刚买来时用得久了？

由德克萨斯大学奥斯汀分校领导的一个国际研究团队，以一种新颖的方式应对了这一众所周知的难题——电池退化。他们没有研究普通电池，而是专注于我们许多人每天使用的真实世界的技术：无线耳机。他们利用X射线、红外线和其他成像技术，揭示这些小型设备内部的复杂性，以了解它们的电池寿命为何会随时间缩短。

“这始于我的个人耳机；我只戴右边的耳机，两年后我发现，左耳机的电池续航时间长得多，”科克雷尔工程学院沃克机械工程系副教授刘艺瑾（音译）说，他主导了这项发表在《先进材料》上的新研究。“于是，我们决定深入研究一下，看看能发现什么。”

现实因素及其影响

他们发现，该小巧设备中的其他关键组件（如蓝牙天线、麦克风和电路）与电池发生了冲突，从而营造了一个具有挑战性的微环境。这种情况导致了温度梯度——即电池顶部和底部温度不同——从而损坏了电池。

现实世界中的多种不同温度、空气质量和其他不确定因素也起着一定的作用。电池通常被设计为能够耐受恶劣环境，但频繁的环境变化本身便极具挑战性。

研究人员表示，这些发现表明，我们需要更多地思考如何让电池适应手机、笔记本电脑和汽车等现实世界的设备。如何包装电池以减少与潜在有害部件的相互作用，以及如何根据用户的不同使用习惯对电池进行调整？

“设备使用方式的不同会改变电池的特性和表现，”该论文第一作者、刘教授实验室的博士后研究员钱冠男说，“设备可能会暴露在不同的温度下；每个人的充电习惯不同；每位电动汽车车主的驾驶习惯也不同。所有这些因素都很重要。”

尖端成像技术揭示隐藏的电池动态

为了进行实验，刘教授及其团队与德克萨斯大学由机械工程师奥福迪克·以西科耶（Ofodike Ezekoye）领导的火灾研究小组紧密合作。他们使用以西科耶的红外成像技术来辅助德克萨斯大学奥斯汀分校和Sigray公司的实验室X射线技术。但为了获得完整的图像，刘教授及其团队转向了地球上一些最强大的X射线设备。

他们与SLAC国家加速器实验室的斯坦福同步辐射光源（Stanford Synchrotron Radiation Lightsource）团队、布鲁克海文国家实验室的国家同步加速器光源II（National Synchrotron Light Source II）团队、阿贡国家实验室的先进光子源（Advanced Photon Source）团队以及法国欧洲同步辐射光源（ESRF）团队展开了合作。这些国内和国际机构为研究人员提供了世界级的同步加速器设施，使他们能够揭示电池在实际条件下的隐藏动态。

“在实验室里，我们大多数情况下研究的是要么原始且稳定的条件，要么是极端条件，”布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory）的物理学家黄晓静（音译）说，“在发现和开发新型电池的过程中，我们必须了解实验室条件与真实世界的不可预测性之间的差异，并据此作出反应。X射线成像可以为这一过程提供宝贵的见解。”

刘（Liu）表示，他的团队将继续调查电池在现实条件下的性能表现。这项工作可能会延伸到更大的电池上，比如为我们的手机、笔记本电脑和电动汽车提供动力的电池。

参考文献：《设备内电池失效分析》，作者：钱冠南、赞贵斌、李纪洲、孟德超、孙天晓、维维克·坦皮、艾尔顿·M·亚尼亚奇、黄晓静、闫寒飞、褚永思、谢拉兹·古尔、黄娟娟、谢莉·D·凯利、李桑俊、李俊锡、云文兵、彼得·克洛滕斯、皮耶罗·皮亚内塔、赵克杰、奥福迪克·A·伊泽科耶和刘轶瑾，发表于2025年1月31日，《先进材料》期刊。DOI：10.1002/adma.202416915