研究人员打造镍箔快速充电电动汽车电池

EC POWER

一项新的研究发现，标准电动汽车电池只要在电池内添加一层薄薄的镍，就可以在10分钟内充电完成至其大部分续航里程。这将为携带大量昂贵电池组的昂贵电动汽车提供一种受欢迎且经济上有吸引力的替代品。

如果有更快的充电选择，无疑将能够使电动汽车的标价大幅下降，一些研究人员表示，消费者对电动汽车的恐惧症和反对“里程焦虑”的情况将可以被克服。

例如，一辆需要一小时充电的120千瓦时电池组的传统远程电动汽车可以被一辆60千瓦时电池的电动汽车取代，该电池组能够10分钟完成快速充电，同时在长途旅行中保持非常相似的旅行时间。

在这项新的研究中，研究人员对充满电时续航里程约为560公里的锂离子电池进行了实验。（电池的能量密度为每千克265瓦时。）通过在电池内部添加超薄的镍箔，他们可以在11分钟内将电池充电至70%，续航里程约为400公里，在12分钟内将其充电至75%，续航距离约为440公里。

该研究的资深作者、宾夕法尼亚州立大学的电池工程师Chao-Yang Wang表示：“我们的技术将使更小、更快的充电电池能够被广泛应用于平价电动汽车。当我们每次充电200英里时，我们可以停下来去洗手间，10分钟后，车辆即可完成充电，能够再行驶200英里。这样将解决续航焦虑问题。”

2016年，Wang和他的同事在锂离子电池内部添加了镍箔，以加热电池，帮助电池在严寒中表现更好。在这项新的研究中，他们同样使用镍箔来加热电动汽车电池并提高其性能，这也是他们在2021年为电动飞行汽车电池采用的策略。

“传统的锂离子电池是为便携式电子产品开发的，因此科学家和开发人员都非常害怕温度问题，”Wang说，“我们改变了这种传统思维方式。”

电池在热的时候工作得最好，但不要太热。对电池工程师来说，将电池始终保持在正确的温度是一项重大挑战。Wang说，过去，他们依靠外部庞大的加热和冷却系统来调节电池温度，这种系统反应缓慢，浪费了大量能源。

在这项新的研究中，科学家们使用镍箔从电池内部调节电池温度。“我们需要一种简单的方法，让电池在一分钟内快速升温，因为快速充电只能持续10分钟，”Wang说，“我们碰巧在早期的自热电池研究中发明了一种内部加热箔。”总而言之，他们发现“锂离子电池在高温下可以非常稳定和安全，只需对电池材料进行简单的调整，”Wang说，这让他们“享受到了高温给我们快速充电能力的副作用”。

当充电至75%时，电池可持续900多个循环，续航里程约402000公里。当充电至70%时，续航约804000公里或500000英里。他们表示，这种性能相当于50万英里的续航里程，其中每次充电都是快速充电。

科学家们指出，他们的工作“与目前充电10分钟后声称行驶100或150英里的电动汽车截然不同，因为这些汽车的巡航里程通常为600英里，因此充150英里的电基本上等于充到25%，”Wang说，“我们的工作将目前的水平提高了三倍。”

这些发现出现之际，美国最大的汽车市场加利福尼亚州计划在2035年前有效地淘汰内燃机。Wang说，新的快速充电技术适用于大多数能量密集型电池，并允许使用电池相对较小、价格低廉的电动汽车，但可以避免因快速充电而引起的续航里程焦虑。

Wang的实验室与初创企业EC Power合作开发了该技术。该公司目前正致力于快速充电电池的制造和商业化。

在未来，“我们希望在5分钟内将超高能量密度电池充电至80%。这将给消费者提供类似于加油的体验，”Wang说，“我们相信，我们已经为这一最终目标奠定了科学基础，剩下的就是微调更稳定的材料和我们的热调制策略。”

科学家们在10月12日的《自然》杂志上在线详细介绍了他们的发现。