电动汽车严寒天易“趴窝”？ “全气候电池”或能治愈

每经记者董天一、编辑孙磊冬奥会后北京气温骤降，似乎有意提醒人们，冬奥的脚步正在临近。在不到一百天的时间里，2022年北京冬奥会将正式拉开帷幕。在“绿色冬奥”的倡导下，本届冬奥会将使用氢燃料汽车、纯电动汽车、天然气汽车、混合动力汽车和传统能源汽车提供赛事运输服务。其中，节能和清洁能源汽车占小型客车的100%，占所有车辆的85.84%，是历届冬奥会中最高的。但在庆祝活动之外，纯电动汽车在恶劣寒冷环境中的表现不禁让人汗流浃背。据了解，在本届冬奥会期间，这些纯电动汽车可能面临-20℃至-30℃的超低温工作环境。作为场馆之一，张家口赛区冬季平均气温在-10℃左右，崇礼赛区室外赛区在极寒天气期间气温降至-23℃以下。在如此极端的工作条件下，纯电动汽车能否胜任通勤活动？锂电池不能承受低温的问题已经得到解决， “电池技术科学家、国家发明家学会会员、宾夕法尼亚州立大学教授王朝阳在2021腾讯科学WE会议上表示。他的团队发明了一种全气候电池，可以在极低温度下正常工作。这项技术不仅被选为2022年十大汽车技术趋势之一，但也将成为服务冬奥会的纯电动汽车的核心驾驶技术之一，为北京2022年冬奥会保驾护航。不仅“防冻”，而且可以放心地透露，电池内部由三种材料组成：正极、负极材料和介于两者之间的电解质。在上述结构中，正极材料电解质和负极材料电解质分别形成两个界面，这两个界面之间的电势差就是电压。根据阴极材料的不同，电池也会有不同的特性。目前，电动汽车中应用最广泛的镍钴锰酸锂电池和磷酸铁锂电池的区别在于正极材料。但锂离子电池的“持久问题”在于它们在低温条件下的性能不佳。根据相关数据，在-30℃的运行条件下，锂离子电池将损失约9-10倍的功率，这也是冬季电动汽车续航里程“缩水”的主要原因。目前，该行业主要采用材料解决方案来提高锂离子电池的低温性能，包括在电解液中添加大量高挥发性和易燃物质——线性碳酸盐，以及使用镍、钴和锰等高活性材料作为正极材料。然而，上述方法会导致热失控现象，如高温天气下的火灾和爆炸。面对电池的高温稳定性和低温高活性之间的矛盾，目前电池技术的发展已陷入瓶颈。在过去的100年里，我们熟悉的主流电池已经从铅酸电池改进为镍氢电池，然后转变为现在的锂离子电池。电池技术的进步主要来自于材料的创新。王朝阳表示，与以往寻找新材料的发展路径相比，全天候电池的创新点在于突破上述传统电池结构。据报道，全天候电池使用10微米厚的镍箔作为加热元件，以实现可控的正负电极界面。该加热元件的工作过程相当于在电池内部造成快速短路。当外部环境温度较低时，系统控制电流通过镍箔产生可控的内部短路并产生热量，从而快速提高电池温度以实现输出功率。据王朝阳介绍，即使是在-30°C的环境中“冻透”的电池，也可以在30秒内将自身加热到零摄氏度以上，从而正常工作……

通过上述设备的秒数。通过这种快速、低能耗的热刺激方法，我们可以使用最稳定、最安全的材料制造电池。不使用时，电池内部的化学界面保持在最低水平，确保了电池的安全性和最小的老化率。在操作过程中，使用热刺激来即时调整电池的反应界面，从而确保高功率输出。基于热调节机制，王朝阳的研发团队成功开发出了10分钟快速充电电池，这项技术的诞生可能会深刻影响电动汽车的技术路线和发展方向。据介绍，实现快速充电技术的科学要求是电池活性足够高，锂离子在电极之间的转移速度足够快，而热调节机制可以实现这一目标。王朝阳举了一个例子，当电动汽车到达快速充电站时，可以通过热调节装置对其进行约30秒的热刺激，以增强其内部活性，然后再进行大电流充电。我们目前能达到的最佳水平是充电10分钟以获得200Wh/kg的能量，然后如此快速地充电一千多次而不会造成任何损坏，”王朝阳表示。10分钟快速充电电池的推广将成为电动汽车的重要里程碑之一，因为它提供了一种快速方便的能量补充方法，这将引发电动汽车和许多应用场景的革命性变化。 “王朝阳表示，当电动汽车用户具备随时随地快速补充能量的条件时，里程焦虑将不再需要通过提高电池容量来解决，汽车动力电池的原材料成本也将大幅降低。此外，王朝阳认为，快速充电电池的出现也将使商业化飞行汽车的社会化成为现实。作为未来出行的主要发展方向，飞行汽车正成为汽车公司争相布局的领域。近日，小鹏汽车公布了旗下生态企业小鹏回天第六代飞行汽车的相关信息。小鹏汽车董事长兼首席执行官何小鹏表示，飞行汽车的目标是到2024年实现量产。此外，本田、戴姆勒、丰田、现代、通用汽车、吉利、Stellantis集团等都已进入飞行汽车领域。据王朝阳介绍，飞行汽车对电池的要求很高。目前，在全球范围内广受欢迎的垂直升降飞行汽车或空中出租车必须在每次着陆后迅速充电。他们的团队现在已经验证了在飞行汽车中使用10分钟快速充电电池的可行性和经济性。飞行汽车的应用可能在2025年左右成为现实。飞行汽车可能首先用于出租车等公共交通领域，如市中心和机场之间的穿梭交通，作为商业出租车车队服务，其次是私人飞行汽车，就像《哈利·波特》电影中用扫帚飞行一样，这是人类的梦想，”王朝阳说。

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