宾夕法尼亚州立大学/自加热蓄电池 在 10 分钟内续航里程即可达到 480 km

宾夕法尼亚州立大学研究人员开发出了可在所有室外温度下快速充电的蓄电池,因为在充电前将其加热。

电动汽车始终伴随着续航里程焦虑。但这很快将成为过去。在 10 分钟后,即可将蓄电池充电至续航里程达到近 500 km宾夕法尼亚州立大学研究人员开发的自加热蓄电池使这成为可能。

行驶到充电站,连接电动汽车。之后去趟卫生间,喝一杯咖啡,十分钟后就可以重新满电行驶——按照宾夕法尼亚州立大学研究人员的说法,它是如此地简单。

快充在加利福尼亚州不低于 +10 C 的气候条件下十分正常,但在气温更低的地区却不太可能。宾夕法尼亚州立大学的一个技术人员团队现在开发出了一种蓄电池,它可以自加热,因此不论室外温度有多低,都可以快充。其目标是大幅缓解续航里程焦虑,可以没有后顾之忧地长距离行驶。

之前研究人员已经开发出了一种蓄电池,它可以自加热,以免在冰点以下出现能量损失。同样的原理也可以用于在最低 –40°C 的温度下快速充电。

自加热蓄电池使用薄镍箔作为电热丝。其一端安装在负极上,另一端在蓄电池单元以外作为第三个接口使用。安装在一个开关上的温度传感器确保一旦环境温度低于室温,电流就会流过镍箔。之后镍箔将蓄电池内部加热。一旦其内部温度高于室温,开关就会打开,电流流入蓄电池中,对其快速充电。

“我们这种蓄电池单元的独特之处是它首先加热,然后自动切换为充电状态”,机械制造专业William E. Diefenderfer 教席所有人、化学工程教授、材料学教授、电化学系统中心负责人Chao-Yang Wang 解释道。“另外不必改造已有的充电站。在蓄电池内部控制加热和充电,不通过充电器控制。”

研究人员通过测试证明,其自加热蓄电池在 4500 次充电循环之后,在 ±0°C 温度下充电 15分钟,电量仅丢失 20%。这相当于约 450,000 km 的行驶里程,使用寿命达 12.5 年——较大多数质保服务期更长。相比较而言:传统的非自加热锂离子蓄电池在相同条件下在 50 次充电循环之后就已经丢失 20% 的电量。

在 +10°C 下快充时,锂离子蓄电池磨损速度很快,因为锂离子无法正常保存在碳阳极中(插入作用),而是以金属的形式沉积在阳极表面中(锂镀层)。这样会降低蓄电池单元的电量,可能导致运行状态不稳定。目前慢充是在低于 +10°C 的温度下使锂产生插入作用的唯一方法。

宾夕法尼亚州立大学机械制造专业博士后 Guangsheng Zhang、机械制造专业副教授Shanhai Ge 同样参与了该项目。