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美國賓州大學新鋰電池技術,電動車充電10分鐘可跑200英哩

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科技產業資訊室 - Kyle 發表於 2019年11月6日

圖、賓州大學團隊研發出高溫充電技術

2019年10月諾貝爾化學獎頒發給三位科學家,表彰他們為鋰離子電池的發展所做出的貢獻。這種可充電電池奠定了手機和筆記型電腦等產品的使用基礎。但是鋰離子電池要應用在電動車領域,仍需要一些技術性的突破,因為要充飽電動車電池的時間過長。在未來電動車電池競爭領域將面臨許多挑戰。

賓州州立大學最新研究顯示,其發明的新電池技術可以在短短10分鐘內為電動車提供200英哩以上的充電。這比起特斯拉所提供的超級充電站,必須要45至50分鐘才能為電動車充滿200英哩以上的里程,的確縮短了許多時間。

為了讓電動車能花較少時間且更快速充電,科學家正在盡全力找出安全且更快,更輕鬆地為電池充電的方法。簡單來說,如果路邊隨時擁有無處不在的快速充電基礎設施,那麼駕駛就不必再擔心電動車受限的巡航距離了。

若要在短短幾分鐘內進行大量充電,就需要提高充電電流。但是,在低溫的環境中,例如在攝氏30度(華氏86度)時,鋰電池快速充電會導致陽極周圍產生鋰金屬晶枝(dendrite),損耗電池壽命,甚至引發短路爆炸。可是在大約攝氏60度(華氏140度)的較高溫環境中,鋰離子就能較快速的移動,進而避免了晶枝的形成。不過,如果電池一直持續在高溫的環境中運作也可能導致其他問題。

賓州州立大學研究人員發現,在高溫的環境下,電池活性物質將與電解質產生鋰析出反應,形成一層鋰金屬表面膜,不僅消耗了活性鋰,而且還會提高電阻。但是這層表面膜的形成速度相對比較緩慢。於是其團隊便提出將電池保持在攝氏60度進行充電,並在鋰金屬表面膜形成之前,就將溫度降低的構想。

為此,該團隊開發了一種電池,該電池使用薄鎳箔形成內部自體發熱結構。在充電時將電池加熱到攝氏60度,然後冷卻到室溫,使他們能夠在10分鐘內將電池充電到80%,且運用這項技術反覆充電也不會損壞電池。

雖然該研究小組在研究中使用的是容量較小的單節電池(約10安培小時),但他們聲稱該技術將可用於開發電動車電池。只要充電電流隨電池容量比例增加,就可以在相同的充電時間為不同容量的電池充電。例如,對於150安培小時的電動車電池,快速充電站便以900安培的電流充電,在10分鐘內充飽電。

賓州州立大學聲稱該技術真正進入商業化,仍需約兩到三年的時間進行實體電動車的測試和評估。(710字)


參考資料:
New charging technique could power an electric car battery in 10 minutes. Science Magazine,2019/10/30
Electric cars could be charged in 10 minutes in future, finds research. The Guardian, 2019/10/30
Asymmetric Temperature Modulation for Extreme Fast Charging of Lithium-Ion Batteries. Joule, 2019/10/30.


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