Chao-Yang Wang团队发明的快充电池。 （图片来源：Chao-Yang Wang团队）
科学家开发出一种锂离子电池，可高温充电，提高反应速率，放电时冷却电池。新电池有望能通过充电10分钟，为电动汽车提供200英里的续航里程。这种设计扩大规模后，也许能减轻人们对电动汽车续航能力的担忧，不再担心电动汽车需中途充电续航里程，才能安全抵达目的地。宾夕法尼亚州立大学研究人员于10月30日在《焦耳》（Joule）杂志上发表了这项研究成果。
科学家已认识到，为满足驾驶者需求，有必要开发能极速充电的电动汽车电池。然而，极速充电需要电池在短时间内接收400千瓦的能量，但目前汽车尚无法达到的水平，因为电池有可能因此发生锂沉积现象（在阳极周围形成金属锂），严重影响电池寿命。
常规的锂电池均在相同的温度下充放电，但研究人员发现，在60摄氏度下将电池充电几分钟，然后在较低温度下放电，就能规避锂沉积问题。
宾夕法尼亚州立大学的机械工程师、资深作者Chao-Yang Wang表示，“除了快充，这种设计还能控制电池暴露于高温充电的时间，从而拥有很长的循环寿命。设计的关键是要实现快速加热，否则电池会在高温下停留时间过长，导致性能严重衰减。”
为缩短加热时间，在均匀的温度下加热整个电池，Wang和同事设计组装了一个锂离子电池，采用自热镍结构，可在30秒内完成预热。为测试模型，他们对三个专为混合动力汽车设计的石墨袋电池，分别在20摄氏度（控制组）、40摄氏度、49摄氏度、60摄氏度下充电，运用多种冷却手段来维持恒定的充电温度。他们随后对电池完全放电，拆解分析，来确认没有发生锂沉积现象。
研究团队发现，预热到60摄氏度的电池可维持1,700个快充循环，而控制组电池只能维持60个循环。平均充电温度在49 ~ 60摄氏度之间时，研究没有观测到任何锂沉积现象。研究人员还观察到，提高充电温度会大幅降低维持电池初始温度所需的制冷量——控制组电池产生3.05瓦时，而60摄氏度电池只产生1.7瓦时。
Wang表示，“过去人们普遍认为锂离子电池应避免在高温下工作，担心高温会加快副反应的发生。这项研究表明，在高温下暴露有限时间来减轻锂沉积层现象，其所带来的正面效益，远大于与副反应相关的负面影响。”
研究人员指出，这项技术具有完全可扩展性，因为所有电池都使用工业化生产的电极，同时，他们已展示这项技术在大规模电池、电池模块和电池组中的应用。镍箔的使用让每个电池的成本增加了0.47%，但由于新设计不含当前型号中使用的外部加热器，实际上还降低了生产每个电池组的成本。
接下来，Wang的团队计划进一步优化他们的设计。
他表示，“我们正致力于为高能量密度电动汽车电池实现5分钟快充，且不损坏电池。这将需要高度稳定的电解质、活性材料和我们发明的自热结构。”
翻译：巢栩嘉
审校：赵欢
引进来源：Cell出版社
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