充電11分鐘續航400公里！Nature刊發華人教授鋰電新研究：只用加一層薄鎳箔_風聞

Alex 發自 凹非寺

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電動汽車電池快充技術有了重要突破！

新能源汽車快充時代開拓者之一、賓夕法尼亞大學教授王朝陽及其團隊研究出一種新方法，讓電池充電速度**“突飛猛進”**：

給普通的電動車電池加薄薄一層鎳片後，僅需10分鐘左右，就能充電70%。

而且這種電池循環壽命高達2000次以上：

據研究團隊估算，這相當於在每塊電池的壽命之內，共計最多可以跑50萬英里（約80萬公里）。

（汽車一般跑60萬公里就報廢了）

要知道，雖然電動車勢頭正猛，但到目前為止，其充電效率仍讓眾多車主覺得“和理想相距甚遠”：

市面上，現有的最先進的機汽車快充也需要45至60分鐘的時間。

所以王朝陽團隊的這個新成果，無疑讓電動汽車向着真正的“理想快充”前進了一大步！

前幾天，相關成果論文已登上了Nature。

IEEE綜覽（IEEE Spectrum）表示，用此技術配合快充樁，將是把動力電池小型化，並解決電池供應、原材料匱乏乏和新能源汽車成本問題的最有效手段之一。

那麼這個研究團隊是如何讓電池充電速度飛昇的？

11分鐘，充電70%

在本研究展開前，王朝陽院士根據先前的成果指出：

電池在一個較高的温度範圍內運行得最好，但也不能太熱。

所以研究者要做的一件事情就是：把電池的温度控制在準確範圍內。不過這也是個難點。

王朝陽説，在早期，他們團隊一直通過笨重的外部加熱、冷卻系統來調節電池温度，這些系統反應緩慢，浪費了大量的能源。

而這次，他們主要從電池的內部入手，通過電池的內部材料來調節其温度。

他們選擇了一種富鎳層狀氧化物（LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2，簡稱NMC811）來作電池的陽極。

這種材料具有高比容量和放電電壓，以及成本相對較低的優點，所以成了開發新一代高能全固態鋰電池“潛力股”。

但是，NMC811與固態電解質之間，存在嚴重的表面電化學、化學和電壓不相容等問題。

為了改善這些問題，並提高充電速度，研究人員主要從3個角度做出調整:

他們採用了一種叫ATM的方法，並且把陽極的孔隙率調節到更大，還把電解質升級成了雙鹽電解質。

下面細説一下ATM。

這裏的ATM可不是取款機，而是不對稱温度調節法（Asymmetric temperature modulation）。

通過這種方法，一方面可以快速預熱電池，然後使其在高温下快速充電，並利用熱增強的電化學和傳輸過程來消除鋰鍍層。

鋰鍍層容易在快速充電過程中生成，具有許多負作用，比如造成電池容量迅速損失，甚至還有安全風險。

所以消滅它，就減少了許多負面影響。

另一方面，ATM法還有益於電池的長期穩定，或者説，有益於延長電池壽命。

具體而言就是，在鋰離子電池工作過程中，陽極表面會形成一層薄薄的電解質還原產物SEI（固體電解質中間相），可防止電解質進一步分解，穩定電極和電解質之間的界限。

所以，SEI是電池穩定性和壽命的重要指標。

但受到電池使用過程中高温因素等的影響，SEI層會慢慢降解，導致電池容量損失。

而通過ATM法，電池只在預熱和快速充電期間處於60℃左右的高温，其他時間温度迅速下降，從而減緩SEI的降解速度，延長電池壽命。

實驗結果顯示，如果鋰電池以每秒4庫倫的速度，每次都充到最大容量的75%，鋰電池可以正常重複使用900多次（可以跑約40萬公里）。

而如果按同樣的速度充電，每次花11分鐘左右充到70%，則可正常重複使用2000多次（可以跑約80萬公里）。

在充到70%的情況下，汽車的續航里程可達400公里。

研究者在論文中寫道，這個“充電11分鐘，單次續航400公里，可重複2000多次”的結果，打破之前的所有紀錄。

王朝陽：開啓新能源汽車快充時代

再來説説這篇論文的一作，王朝陽院士。

1984年至1987年間，王朝陽先後獲浙大熱物理工程的本科和研究者學位，並在碩士期間師從我國著名傳熱學專家屠傳經教授。

他現為美國國家發明家科學院院士，並任賓夕法尼亞州立大學材料科學與工程系講席教授，研究領域包括燃料電池和二次電池等。

截至目前，王朝陽已經發表150餘篇文章，擁有16項美國專利，並撰寫過多部書籍和綜述，在SCI被引用超4500次。

在世界燃料與能源領域，他是近十年來被引用次數最多的前20位作者之一。

另外，其實從2016年起，王和他的團隊就已在鋰離子電池內部添加了鎳箔，以加熱它們並幫助它們在冰冷的環境中表現得更好。

而前文提到的ATM法，是他們在2019年提出的。

隨後，他們實現了當時的動力電池極速充電最好實驗結果——210Wh/kg。

Wh/kg是電池質量能量密度單位，代表每千克電池器件可提供的能量。

從理論上講，電池的質能密度越大，意味着其性能越好。

在新研究中，他們同樣用鎳箔來加熱電動車電池並提高其性能，並再次取得進步：

現在的最新成果顯示，這種極速充電電池的質能密度已經達到265Wh/kg。

目前，研究團隊正在和EC Power公司商討合作，預計在兩年之內把這種電池產業化。

論文地址：https://www.nature.com/articles/s41586-022-05281-0

參考鏈接：https://spectrum.ieee.org/ev-battery-fast-charging