科學家揭曉無線耳機電池壽命不如以往的原因

德州的工程師們著手解決一個眾所周知的難題，也就是我們許多人日常使用的無線耳機的電池老化問題。你是否曾注意到，電子產品裡的電池，不像剛買回來時那樣耐用了？

由德州大學奧斯汀分校帶領的一個國際研究團隊，以一種新的方式來應對這個著名的挑戰——電池老化問題。他們沒有研究一般的電池，而是聚焦於我們許多人每天都會用到的實際科技產品：無線耳機。透過運用X光、紅外線和其他成像技術，他們正在揭開這些微小裝置內部的複雜情況，以瞭解為什麼它們的電池壽命會隨著時間而減少。

「這源自我自己的耳機，我只戴右耳那邊，結果我發現兩年後，左耳機的電池壽命長得多。」該項發表在《先進材料》上的新研究的負責人、柯克雷爾工程學院沃克機械工程系的副教授劉毅進表示，「所以，我們決定深入探究，看看能發現什麼。」

他們發現，這種小巧裝置裡的其他關鍵元件，像是藍芽天線、麥克風和電路，會與電池產生衝突，形成一個棘手的微環境。這種動態情況導致了溫度梯度——電池上下部分的溫度不同——從而損壞了電池。

暴露在現實世界中，面對各種不同的溫度、空氣品質程度以及其他不可預測的因素，也起到了一定作用。電池通常是設計用來承受惡劣環境的，但頻繁的環境變化也有其自身的挑戰。

研究人員表示，這些發現說明瞭我們需要更多地思考電池如何融入手機、筆記型電腦和車輛等實際裝置中。要如何包裝電池，以減緩與潛在損壞元件的相互作用？又要如何根據不同的使用者行為進行調整？

「以不同的方式使用裝置，會改變電池的行為和效能。」該論文的第一作者、劉毅進實驗室的博士後研究員錢冠男說，「電池可能會暴露在不同的溫度下；每個人的充電習慣不同；每個電動車車主也都有自己的駕駛風格。這些都很重要。」

為了進行實驗，劉毅進和他的團隊與由機械工程師奧福迪克・埃澤科耶帶領的德州大學火災研究小組密切合作。他們利用埃澤科耶的紅外線成像技術，來補充德州大學奧斯汀分校和西格雷公司的實驗室X光技術。但為了全面瞭解情況，劉毅進和他的團隊轉向了地球上一些最強大的X光設施。

他們與史丹佛直線加速器中心國家加速器實驗室的史丹佛同步輻射光源、布魯克黑文國家實驗室的國家同步輻射光源二號、阿貢國家實驗室的先進光子源以及法國的歐洲同步輻射裝置（ESRF）的團隊展開合作。這些國家和國際機構為研究人員提供了使用世界一流同步加速器設施的機會，使他們能夠揭示電池在現實生活條件下的隱藏動態。

布魯克黑文國家實驗室的物理學家黃曉靜說：「大多數時候，在實驗室裡，我們要麼是在看原始且穩定的條件，要麼是在看極端情況。在我們發現和開發新型電池時，我們必須瞭解實驗室條件與現實世界的不可預測性之間的差異，並做出相應的反應。X光成像可以為此提供有價值的見解。」

劉毅進表示，他的團隊將繼續研究電池在現實條件下的效能。這項工作可能會延伸到更大的電池，比如為我們的手機、筆記型電腦和電動車供電的電池。

參考文獻：Guannan Qian、Guibin Zan、Jizhou Li、Dechao Meng、Tianxiao Sun、Vivek Thampy、Ayrton M. Yanyachi、Xiaojing Huang、Hanfei Yan、Yong S. Chu、Sheraz Gul、Juanjuan Huang、Shelly D. Kelly、Sang - Jun Lee、Jun - Sik Lee、Wenbing Yun、Peter Cloetens、Piero Pianetta、Kejie Zhao、Ofodike A. Ezekoye和Yijin Liu所著的《裝置內電池故障分析》，2025年1月31日，《先進材料》。DOI: 10.1002/adma.202416915