自加热、快充电池使电动汽车不再受天气影响学术资讯

▲一种适用于任意室外温度的快速充电电池，它可以自动完成内部快速加热再开始充电。来源：宾州大学Chao-Yang Wang

通常的锂离子电池在华氏50度（10摄氏度）以下就无法迅速充电。但近日，美国宾州大学的一组工程师研制出了一种能够自加热的锂离子电池，不论天气多寒冷也能快速充电。该研究结果发表于《美国国家科学院院刊》。

科学家曾开发过一种能够自加热的电池，以避免电池在接近凝点时电力枯竭。同样的原理运用到充电电池上，就能保障充电电池可以在15分钟内完成快充，即使环境温度低至华氏-45度。

这一自加热电池采用了一端与电池负极相连，另一端延伸到电池外成为第三极的镍箔。有一个开关装置与温度感应元件相连，当探得外部温度低于室温时，开关启动让电子沿着镍箔运动形成回路。很快，电阻加热的效应使得镍箔被加热，从而提高了电池内部的温度，当内部温度高于室温时，开关断开，电流就流进电池完成充电。“新电池独特之处在于，先加热后充电这个过程是全自动的。”宾州大学电化学工程中心主任、材料科学工程学教授王朝阳说。“所以不需要改造已有的充电站。加热与充电的控制装置在电池内部，也不需要特殊的充电设备。”

报告发现，这种自加热电池在华氏32度（摄氏零度）时可以承受4500轮每次15分钟的循环充电，容量仅损耗20%，这约相当于驾驶28万英里（约45万公里）所需的动力，使用寿命达12.5年，大大超过了大多数电池的保质期。普通电池在相同条件下测试，仅50次充电周期后就出现20%的容量衰退。

锂离子电池在华氏50度以下快速充电能力有所下降，因为在这种低温下锂离子与石墨材质的负极无法平滑地融合，会在阳极的表面形成树枝状金属锂（锂枝晶）。沉积形成的锂镀层不仅会降低电池的容量，还能生成带电枝晶并导致危险状况发生。目前在如此低温下，唯一避免锂镀层形成的办法就是长时间缓慢地充电。

让电池加热到超过形成锂镀层的门槛，不论通过加热环境温度还是电池内部加热，都可以避免锂镀层的产生，电池容量也就得到保持。

“这种广泛适应性快速充电法还可以让车辆生产厂家利用体积更小的电池，重量更轻、安全性更高。”王教授说。

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编译：馥莉审稿：阿淼编辑：张梦

来源：

https://techxplore.com/news/2018-06-self-heating-fast-charging-battery-electric-vehicles.html