研究人員打造鎳箔快速充電電動汽車電池

EC POWER

一項新的研究發現，標準電動汽車電池只要在電池內添加一層薄薄的鎳，就可以在10分鐘內充電完成至其大部分續航里程。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濟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遠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。

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

該研究的資深作者、賓夕法尼亞州立大學的電池工程師Chao-Yang Wang表示：“我們的技術將使更小、更快的充電電池能夠被廣泛應用于平價電動汽車。當我們每次充電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。這樣將解決續航焦慮問題。”

2016年，Wang和他的同事在鋰離子電池內部添加了鎳箔，以加熱電池，幫助電池在嚴寒中表現更好。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。

“傳統的鋰離子電池是為便攜式電子產品開發的，因此科學家和開發人員都非常害怕溫度問題，”Wang說，“我們改變了這種傳統思維方式。”

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。Wang說，過去，他們依靠外部龐大的加熱和冷卻系統來調節電池溫度，這種系統反應緩慢，浪費了大量能源。

在這項新的研究中，科學家們使用鎳箔從電池內部調節電池溫度。“我們需要一種簡單的方法，讓電池在一分鐘內快速升溫，因為快速充電只能持續10分鐘，”Wang說，“我們碰巧在早期的自熱電池研究中發明了一種內部加熱箔。”總而言之，他們發現“鋰離子電池在高溫下可以非常穩定和安全，只需對電池材料進行簡單的調整，”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”。

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

科學家們指出，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。”

這些發現出現之際，美國最大的汽車市場加利福尼亞州計劃在2035年前有效地淘汰內燃機。Wang說，新的快速充電技術適用于大多數能量密集型電池，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航里程焦慮。

Wang的實驗室與初創企業EC Power合作開發了該技術。該公司目前正致力于快速充電電池的制造和商業化。

在未來，“我們希望在5分鐘內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，我們已經為這一最終目標奠定了科學基礎，剩下的就是微調更穩定的材料和我們的熱調制策略。”

科學家們在10月12日的《自然》雜志上在線詳細介紹了他們的發現。