氣溫零下仍然可以快速充電的自動加熱電池,有助於電動汽車的推廣 加州人購買電動汽車不是因為他們特別酷,而是因為他們生活在溫暖的氣候中。傳統的鋰電池不能在10°C以下的溫度下快速充電,但是現在賓夕法尼亞州立大學的工程師發明了一種可以自行加熱的電池,讓電動汽車的電池不再受外界寒冷影響,能夠快速充電。

氣溫零下仍然可以快速充電的自動加熱電池,有助於電動汽車的推廣

賓夕法尼亞州立大學機械工程助理研究教授楊曉光(音譯)表示:「電動汽車在美國西岸之所以大受歡迎是因為當地氣候溫暖,一旦把電動汽車搬到美國東岸或是加拿大,就會產生一個巨大的問題——無法快速充電。我們的發明,讓電池能夠在不受外界溫度影響的情況下快速充電。」

電動汽車的車主在充電站15分鐘就可以幫汽車充飽電,這樣的時間和油車的加油時間不會相差太大。假設充電站設置的點夠多,駕駛人就可以擺脫「里程焦慮」,無憂無慮地長途行駛。

之前研究人員開發了一種可以自行加熱的電池,以避免低於冰點的能量消耗。現在,同樣的原理也被應用到電動汽車的電池上,這項發明讓電池在任何溫度下都能快速充電15分鐘,即使溫度低到攝氏零下42度!

這種自動加熱電池使用一片金屬鎳薄片,一端接上負極,其它部分延伸至電池芯外部形成第三個電極。想要完成整個電路結構,還需要一個具備溫度偵測功能的開關,在溫度低於室溫時讓電子流經該金屬薄片。透過電阻加熱原理,金屬鎳片的溫度能夠迅速上升並加熱電池內部,一旦電池內部溫度高於室溫,開關變為開路並讓電流進入電池快速充電。王朝陽(音譯)指出:「我們電池芯的其中一個獨特功能,就是能夠加熱並自動切換至充電狀態。而且,原先已有的充電站不需要再作任何改變,因為控制加熱和充電的開關是在電池內部,而不是在充電器上。」

研究人員在《美國國家科學院院刊》上報告了他們的原型測試結果。他們發現,他們的自行發熱電池在攝氏0°C的環境下充電15分鐘,可以承受高達4500次,而只有20%的容量損失。這提供了大約28萬英里的駕駛里程和12.5年的壽命,比大多數保修更長。

在相同條件下測試的傳統電池在充電50次之後就損失了20%的容量。

在攝氏10度以下替鋰離子電池充電電池會快速老化,原因在於鋰離子會快速累積在陽極表面,而非順暢地嵌入陽極碳結構當中。這層鋰會減少電池芯電容量,也可能會造成電壓電流突波讓電池狀態不甚安全。到目前為止,若要避免攝氏10度以下充電讓鋰鍍在陽極表面,採用長時間、緩慢的充電方式是不二法門。

電池被加熱到高於鋰的析出門檻,無論是環境溫度是多少,因為電池內部加熱,所以不會再出現鋰析出,也不會喪失容量。

王朝陽說:「這種無所不在的快速充電方式還能讓製造商在汽車中使用更輕、更安全的小電池。」

資料來源:TechXplore

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