大約 12 個(gè)月前，賓夕法尼亞州立大學(xué)的一支研究團(tuán)隊(duì)，向我們展示了一款面向電動(dòng)汽車（EV）的創(chuàng)新電池原型。在諸多特性中，能夠在 10 分鐘內(nèi)補(bǔ)充數(shù)百英里續(xù)航這一點(diǎn)，顯然最受歡迎。不過(guò)研究團(tuán)隊(duì)并未止步于此，而是通過(guò)繼續(xù)調(diào)整相關(guān)方法，為其引入了更具吸引力的成本效益。

通常情況下，鋰電池有一個(gè)最適宜的運(yùn)行溫度區(qū)間。然而該校化學(xué)工程師團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的這款 EV 原型電池，不僅能夠耐受極端的溫度、還可在較短的時(shí)間內(nèi)完成充電。

當(dāng)環(huán)境溫度過(guò)低時(shí)，鋰離子會(huì)在其中一個(gè)電極上形成危險(xiǎn)的“刺突”（枝晶）。但當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，鋰離子又會(huì)導(dǎo)致其它形式的降解。

研究配圖 - 1：電池封裝

為使電池能夠在極端溫度下充電，研究團(tuán)隊(duì)選擇了將之加熱到 60℃（140℉），然后迅速冷卻的解決方案。通過(guò)讓薄鎳箔附著在負(fù)極端子上、并迅速加熱電池，短時(shí)尖銳的熱量可使設(shè)備更有效地完成充電。

得益于此，該原型 EV 電池能夠在 10 分鐘內(nèi)補(bǔ)充 200 英里（320 公里）以上的續(xù)航。在維持同等續(xù)航的同時(shí)，這套快充方案還有助于進(jìn)一步縮小裝置的尺寸。

研究配圖 - 2：電池組能量密度對(duì)比

在此基礎(chǔ)上，研究人員還在不斷嘗試新的電池設(shè)計(jì)，比如可替代的陰極材料。此外原始版本使用了鎳鈷錳，而改進(jìn)后的版本使用了磷酸鐵鋰。

新款 EV 原型電池使用了相同的工作原理，即通過(guò)薄鎳箔迅速達(dá)到極限溫度、然后迅速冷卻以完成快速充電，不過(guò)新材料還具有兩項(xiàng)額外的優(yōu)點(diǎn)。

研究配圖 - 3：城市與高速路況下的巡航

首先，新原型不再使用稀有、價(jià)格昂貴、且開(kāi)采時(shí)對(duì)環(huán)境和人工有害的鈷元素。其次，新材料具有更高的成本效益，有助于讓大眾電動(dòng)汽車的售價(jià)變得更加平易近人。

首席研究員 Chao-Yang Wang 在接受 New Atlas 采訪時(shí)稱，他們已經(jīng)打造出了 40kWh 的工作原型，且只需 10 分鐘的充電、即可增加 200 英里（約 320 公里）的續(xù)航。

研究配圖 - 4：不同溫度下的快充表現(xiàn)

通過(guò)便捷的快充、縮減的尺寸、以及將成本控制到 3500 美元（約 2.26 萬(wàn) RMB），新研究有望將電動(dòng)汽車的動(dòng)力成本拉低到與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)?shù)乃健?/p>

此外該電池能夠輸出 300kW 的峰值功率，足以讓電動(dòng)汽車在 3 秒內(nèi)完成 0-60 mph 的加速（0-96 km/h）。

有關(guān)這項(xiàng)研究的詳情，已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《自然能源》（Nature Energy）期刊上。

原標(biāo)題為《Thermally modulated lithium iron phosphate batteries for mass-market electric vehicles》。
責(zé)編AJX