新發現－為什麼你的耳機電池續航時間不長

為什麼你的耳機電池續航時間不長

德克薩斯州奧斯汀 — 您是否注意到，電子產品中的電池使用壽命不如全新時長？

由德克薩斯大學奧斯汀分校領導的國際研究團隊接受了這項眾所周知的電池挑戰，即電池退化，但有一點不同。他們將研究重點放在我們許多人每天都在使用的現實技術上：無線耳機。他們部署了 X 射線、紅外線和其他成像技術，以了解這些微型設備中所包含的所有技術的複雜性，並了解它們的電池壽命為何會隨著時間的推移而縮短。

「這始於我的個人耳機。我只戴右耳，我發現兩年後，左耳的電池壽命更長，」領導發表在《先進材料》雜誌上的新研究的科克雷爾工程學院沃克機械工程系副教授劉易金（譯音）說。「所以，我們決定研究一下，看看能發現什麼。」

他們發現，緊湊型設備中的其他關鍵組件（如藍牙天線、麥克風和電路）與電池發生衝突，形成了具有挑戰性的微環境。這種動態導致溫度梯度（電池頂部和底部的溫度不同），從而損壞電池。

暴露在具有許多不同溫度、空氣質量等級和其他不確定因素的現實世界中也起著作用。電池通常設計為可承受惡劣環境，但頻繁的環境變化本身就具有挑戰性。

研究人員表示，這些發現表明，需要更多地考慮電池如何適應手機、筆記本電腦和汽車等現實世界的設備。如何包裝它們以減輕與潛在損壞組件的相互作用，以及如何根據不同的用戶行為進行調整？

「以不同的方式使用設備會改變電池的行為和性能，」本文第一作者、劉實驗室的博士后研究員 Guannan Qian 說。 「它們可能暴露在不同溫度下。每個人的充電習慣都不同。每個電動汽車車主都有自己的駕駛風格。這一切都很重要。」

為了進行實驗，劉和他的團隊與由機械工程師 Ofodike Ezekoye 領導的 UT 火災研究小組密切合作。他們使用 Ezekoye 的紅外成像技術來補充他們在 UT 和 Sigray Inc. 的實驗室 X 射線技術。但為了獲得完整的畫面，劉和他的團隊求助於地球上一些最強大的 X 射線設備。

他們與 SLAC 國家加速器實驗室的斯坦福同步輻射光源、布魯克海文國家實驗室的國家同步輻射光源 II、阿貢國家實驗室的先進光子源和法國的歐洲同步輻射裝置 (ESRF) 的團隊合作。這些國家和國際機構允許研究人員使用世界一流的同步輻射設施，使他們能夠在現實條件下發現電池隱藏的動態。

「在實驗室中，我們大部分時間都在觀察原始穩定條件或極端條件，」布魯克海文國家實驗室的物理學家黃曉靜(（譯音）)說。「在我們發現和開發新型電池時，我們必須了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 射線成像可以為此提供有價值的見解。」

劉說，他的團隊將繼續研究電池在現實條件下的性能。這項工作可以擴展到更大的電池，例如為我們的手機、筆記本電腦和電動汽車供電的電池。

劉拿著耳機放大 (earbudenlarge)

整個團隊包括：沃克機械工程系的 Guannan Qian、Tianxiao Sun 和 Ayrton M. Yanyachi；SLAC 的 Guibin Zan、Jizhou Li、Dechao Meng、Vivek Thampy、Sang Jun Lee、Jun-Sik Lee 和 Piero Pianetta；Sigray 的 Sheraz Gul 和 Wenbing Yun；布魯克海文國家實驗室的 Xiaojing Huang、Hanfei Yan 和 Yong S. Chu；阿貢國家實驗室的 Juanjuan Huang 和 Shelly D. Kelly；

編者註：以下文章最初由德克薩斯大學奧斯汀分校發布。研究團隊在國家同步光源 II（美國能源部 (DOE) 科學辦公室用戶設施，位於美國能源部布魯克海文國家實驗室）的硬 X 射線納米探針 (HXN) 上對從商用無線耳機中提取的電池顆粒進行了納米衍射測量。他們的研究結果表明，電池內部存在微小的共存區域，其行為方式不同。這些區域顯示出相變的跡象，這為材料在電池單元不同部分的行為方式提供了更大的圖景。有關布魯克海文在這項研究中的作用的更多信息，請聯繫 Denise Yazak (dyazak@bnl.gov，631-344-6371)。

作者：Nat Levy

2025 年 2 月 

Denise Yazak 是國家同步加速器光源 II (NSLS-II) 用戶服務、通信、教育和推廣 (USCEO) 辦公室的成員，負責促進國家同步加速器光源 II 和生物分子結構實驗室的科學傳播活動。她熱衷於通過新聞稿、專題文章、推廣活動和其他科學傳播場所與各種受眾、社區和利益相關者分享新聞、事件和研究亮點。無論您是想展示您的作品、組織設施參觀還是創建引人注目的內容，Denise 都會支持您的目標。

(Yazak 的變體：「Yazak」是希伯來語名字「Yitzhak」（英文為 Isaac）的變體。

Yitzhak 的含義：Yitzhak 這個名字在希伯來語中的意思是「他會笑」或「笑聲」。

聖經意義：Yitzhak 是以色列人第二任族長的名字，是亞伯拉罕和莎拉的兒子。

猶太傳統：Yitzhak 這個名字深深植根於猶太傳統和文化中，尤其是因為他出生時的神奇性質，是在笑聲中宣布的。

其他形式：Yitzhak 這個名字在不同文化中有各種使用形式，包括英文中的 Isaac 和義大利語中的 Isacco。

流行度：雖然「Yazak」可能不像「Isaac」或「Yitzhak」那麼常見，但它仍然是猶太社區具有重要歷史和文化意義的名字。

Yazbek：需要注意的是，「Yazbek」是一個黎凡特阿拉伯姓氏，而不是希伯來名，它源於奧斯曼土耳其頭銜「Beik」。

Yaziz：「Yaziz」是一個希伯來名，意思是「力量」。)

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該實驗室的 2,500 多名工作人員領導和支持各種研究團隊，這些團隊致力於 DOE 的使命，即通過變革性科學和技術解決方案解決能源、環境和核挑戰，確保國家安全和繁榮。布魯克海文實驗室目前的計劃包括核科學、能源科學、數據科學、粒子物理、加速器科學和技術、定量植物科學和量子信息科學。

布魯克海文實驗室工作人員受美國能源部委託，代表國家安全地建造和運營設施，這些設施容納了由布魯克海文以及其他國家實驗室、學術界和工業界的研究人員組成的跨學科團隊使用的獨特工具。 2018 財年，實驗室吸引了來自全美 50 個州和全球 5,374 名設施用戶和客座研究員。實驗室提供強大的 STEM 教育和勞動力發展計劃，每年吸引超過 30,000 名參與者。