研究人員打造鎳箔快速充電電動汽車電池

EC POWER

一項新的研究發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)電動汽車電池只要在電池內(nèi)添加一層薄薄的鎳，就可以在10分鐘內(nèi)充電完成至其大部分續(xù)航里程。這將為攜帶大量昂貴電池組的昂貴電動汽車提供一種受歡迎且經(jīng)濟(jì)上有吸引力的替代品。

如果有更快的充電選擇，無疑將能夠使電動汽車的標(biāo)價大幅下降，一些研究人員表示，消費者對電動汽車的恐懼癥和反對“里程焦慮”的情況將可以被克服。

例如，一輛需要一小時充電的120千瓦時電池組的傳統(tǒng)遠(yuǎn)程電動汽車可以被一輛60千瓦時電池的電動汽車取代，該電池組能夠10分鐘完成快速充電，同時在長途旅行中保持非常相似的旅行時間。

“Lithium-ion batteries can be very stable and safe at elevated temperatures with a simple adjustment of battery materials—[and] elevated temperatures give us fast-charging capability.”
—Chao-Yang Wang, Penn State

在這項新的研究中，研究人員對充滿電時續(xù)航里程約為560公里的鋰離子電池進(jìn)行了實驗。（電池的能量密度為每千克265瓦時。）通過在電池內(nèi)部添加超薄的鎳箔，他們可以在11分鐘內(nèi)將電池充電至70%，續(xù)航里程約為400公里，在12分鐘內(nèi)將其充電至75%，續(xù)航距離約為440公里。

該研究的資深作者、賓夕法尼亞州立大學(xué)的電池工程師Chao-Yang Wang表示：“我們的技術(shù)將使更小、更快的充電電池能夠被廣泛應(yīng)用于平價電動汽車。當(dāng)我們每次充電200英里時，我們可以停下來去洗手間，10分鐘后，車輛即可完成充電，能夠再行駛200英里。這樣將解決續(xù)航焦慮問題?！?/p>

2016年，Wang和他的同事在鋰離子電池內(nèi)部添加了鎳箔，以加熱電池，幫助電池在嚴(yán)寒中表現(xiàn)更好。在這項新的研究中，他們同樣使用鎳箔來加熱電動汽車電池并提高其性能，這也是他們在2021年為電動飛行汽車電池采用的策略。

“傳統(tǒng)的鋰離子電池是為便攜式電子產(chǎn)品開發(fā)的，因此科學(xué)家和開發(fā)人員都非常害怕溫度問題，”Wang說，“我們改變了這種傳統(tǒng)思維方式?！?/p>

電池在熱的時候工作得最好，但不要太熱。對電池工程師來說，將電池始終保持在正確的溫度是一項重大挑戰(zhàn)。Wang說，過去，他們依靠外部龐大的加熱和冷卻系統(tǒng)來調(diào)節(jié)電池溫度，這種系統(tǒng)反應(yīng)緩慢，浪費了大量能源。

“Our work improves the current state of art by three times.”
—Chao-Yang Wang, Penn State

在這項新的研究中，科學(xué)家們使用鎳箔從電池內(nèi)部調(diào)節(jié)電池溫度?！拔覀冃枰环N簡單的方法，讓電池在一分鐘內(nèi)快速升溫，因為快速充電只能持續(xù)10分鐘，”Wang說，“我們碰巧在早期的自熱電池研究中發(fā)明了一種內(nèi)部加熱箔?！笨偠灾麄儼l(fā)現(xiàn)“鋰離子電池在高溫下可以非常穩(wěn)定和安全，只需對電池材料進(jìn)行簡單的調(diào)整，”Wang說，這讓他們“享受到了高溫給我們快速充電能力的副作用”。

當(dāng)充電至75%時，電池可持續(xù)900多個循環(huán)，續(xù)航里程約402000公里。當(dāng)充電至70%時，續(xù)航約804000公里或500000英里。他們表示，這種性能相當(dāng)于50萬英里的續(xù)航里程，其中每次充電都是快速充電。

科學(xué)家們指出，他們的工作“與目前充電10分鐘后聲稱行駛100或150英里的電動汽車截然不同，因為這些汽車的巡航里程通常為600英里，因此充150英里的電基本上等于充到25%，”Wang說，“我們的工作將目前的水平提高了三倍?！?/p>

這些發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)之際，美國最大的汽車市場加利福尼亞州計劃在2035年前有效地淘汰內(nèi)燃機。Wang說，新的快速充電技術(shù)適用于大多數(shù)能量密集型電池，并允許使用電池相對較小、價格低廉的電動汽車，但可以避免因快速充電而引起的續(xù)航里程焦慮。

Wang的實驗室與初創(chuàng)企業(yè)EC Power合作開發(fā)了該技術(shù)。該公司目前正致力于快速充電電池的制造和商業(yè)化。

在未來，“我們希望在5分鐘內(nèi)將超高能量密度電池充電至80%。這將給消費者提供類似于加油的體驗，”Wang說，“我們相信，我們已經(jīng)為這一最終目標(biāo)奠定了科學(xué)基礎(chǔ)，剩下的就是微調(diào)更穩(wěn)定的材料和我們的熱調(diào)制策略?！?/p>

科學(xué)家們在10月12日的《自然》雜志上在線詳細(xì)介紹了他們的發(fā)現(xiàn)。

審核編輯 ：李倩