里程焦慮掰了!新技術能在10分鐘內替電動車充滿電

里程焦慮(range anxiety)被認為是電動車使用量還沒真正起飛的關鍵原因之一。簡單講,里程焦慮是擔心電動車的電池沒有足夠的電讓你到達需要去的地方,而今天超慢的充電速度(長達一小時或更長的時間)對整件事也沒有幫助。不過,美國賓州州立大學的科學家開發了一種新型電池技術可以緩解該問題,該技術克服了現有瓶頸,只需幾分鐘即可將電動車電池充滿100%的電。

化學工程師Chao-Yang Wang表示,「我們證明了可以在10分鐘內為200到300英里(約320到480公里)的電動車里程充電。而且我們可以維持2500個充電循環,相當於50萬英里(約80萬公里)的行程。」

這很重要,因為電動車電池(與你的智慧手機或筆記型本電腦的電池非常相似)是鋰離子電池,在它衰退到無法使用之前,它的充電/放電循環次數有限。加速衰退的因素之一是熱量(所以這是為什麼廠商總是告訴你不要讓電子設備中的電池過熱,因為這樣會縮短電池的壽命)。它的其中一個障礙叫做「超快速充電」(extreme fast charging,XFC),美國能源部希望將電動車電池在不到10分鐘內可以充滿200英里的電。賓州州立大學的團隊表示,他們的新電池設計可以滿足這目標。

研究員表示,「超快速充電的關鍵障礙是析鋰作用(lithium plating),通常會在高充電速率下發生,它會嚴重降低電池的壽命和安全性。」

析鋰作用會發生,當在充電過程中鋰枝晶在電池陽極周圍形成。研究小組發現,雖然高溫對鋰離子電池不利,但在短時間內升高溫度似乎會減少析鋰作用。

Wang表示,「過去,科學家普遍認為鋰離子電池應避免在高溫下運作,因為擔心會加速副反應。這項研究暗示,在時間有限的高溫下減輕析鋰作用的好處,遠遠超過加劇副反應帶來的負面影響。」

研究員發現,在充電過程中,大約10分鐘內將電池暫時加熱至60攝氏度(140華氏度),可以達到理論性的超快速充電標準,同時可持續大約1700個充電循環。相比之下,實驗中未加熱的電池僅60個循環就衰退了。 雖然加熱鋰離子電池不是一般的做法(絕對不是你應該在家中嘗試的事情),但它在這裡取得了成果。

Wang表示,「在電池領域,將電池溫度升至60攝氏度是被禁止的。這太高了,而被認為對材料有危險,並會使電池的壽命急劇下降。」

不過,在他們的對照實驗中,加熱技術消除了析鋰作用,而持續時間夠短,讓它可以避免在電池中形成固體電解質介面(solid-electrolyte interphase,SEI)的有害物質。

不過,這還沒結束,現在,他們已經有效地實現了超快速充電的目標,他們已開始尋找能將電動車電池5分鐘充滿電所需的材料。再見了里程焦慮。

該研究已發表在Joule上。

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