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        新電池結構讓飛行汽車成為可能

        來源:科技日報   發布時間:2021-11-08 15:14:21

          科技冬奧進行時搭載全氣候電池的電動車將在北京冬奧會上亮相。在嚴寒地區連續三年進行的實地車隊試驗,已經充分驗證了這種新型電池的性能和壽命。

          “鋰電池不耐低溫問題,已經得到解決。” 這項電池技術,來自美國國家發明家科學院院士王朝陽。他是動力電池、儲能與燃料電池技術科學家。11月6日,王朝陽在騰訊WE大會上指出,儲能技術是實現“雙碳”目標和能源革命的關鍵核心技術,具有重大的戰略意義。

          電池無處不在,新的電池技術,往往成為新產業崛起的關鍵。但是,200年來,電池結構其實沒有太大變化。

          它由三種材料構成:負極材料、正極材料以及隔開兩者的電解液。

          這種結構自然地形成了兩個界面:一個存在于正極材料和電解液之間,另一個在負極材料和電解液之間。兩種界面之間存在著電勢差,也就給出了電池的電壓。

          “無論我們是否在使用電池,電池內的反應界面一直在勤奮和活躍地工作。”王朝陽說,這也是電池有安全隱患和衰老的根本原因。

          鋰電池非常怕冷,電動汽車在冬天可能“趴窩”:續航里程變短,也難以充電。

          電池材料自身無法同時滿足低溫高活性和高溫穩定性。工程師要給電池增加一套熱管理系統,來保障電池的安全。這樣一來,又會增加電池重量、體積和成本。

          有沒有一種電池,不工作的時候可以把反應界面關掉一些,提高安全性;工作的時候再把界面調大調強,給出所需要的高功率?

          王朝陽的團隊一直在尋找和探索這種可調控界面的電池。

          他們已經發明了一種全氣候電池,相關文章刊發在《自然》雜志上。不增加電解液的可燃性,也不改變電極材料的熱穩定性,他們在電池內部植入一片10微米厚度的鎳箔作為發熱體。利用電池自帶的能量,再加上一個開關,就可以隨意調控電池的活性。哪怕在零下30攝氏度的環境里凍透的電池,只需30秒時間,就能自加熱到零度以上正常工作。

          這一技術,已被2022年北京冬奧運會采用,成為驅動奧運電動汽車的核心技術之一。

          加一片鎳箔,聽起來是相當簡單的方法。王朝陽告訴科技日報記者,它背后有曲折的探索過程。團隊嘗試過各種各樣的方法,各種各樣的材料:有的安全性差,有的能量轉化效率低,有在實驗室做得非常漂亮,但產業化時還是不行……“經過了20多年,我自己的感受是,簡單就是美。真正有實用價值的科學發現,最后都是極致的簡單。”王朝陽感慨,“創新需要堅持和毅力,這么多年,我們團隊一直在追蹤電池和儲能的問題。”

          基于熱調控原理,團隊還發明了10分鐘快充電池。王朝陽認為,10分鐘快充電池的應用和推廣,是電動汽車發展的一個重要里程碑——快速補能可以讓電動車主擺脫里程焦慮。

          王朝陽的夢想,是退休前能坐飛行汽車上班。在接受科技日報記者采訪時,王朝陽指出,飛行汽車中最大的技術問題,還是電池。飛行汽車對電池的要求相當高,它必須在每次降落以后馬上對電池進行快速補能。“目前我們的實驗已證實了10分鐘快充電池用于飛行汽車的可行性和經濟性。”

          其實,電池快充和高能量密度都是科學上的重大難題。王朝陽認為,真正意義上的解決方案,應該經過同行評議,刊發在科學期刊后,由第三方驗證可重復,然后市場給出量產方案。“這才是靠譜的。”他強調,電池和儲能是新能源時代和智能社會最重要的基礎技術之一,在未來的十年將迎來巨大的創新機會。

          自2013年迄今,騰訊WE大會已連續舉辦9屆,共邀請近80位世界頂尖科學研究者登臺。王朝陽說,WE大會為科學工作者提供了一個讓大家了解的平臺,展示那些已經發生的、正在發生的和未來發生的技術如何影響著文明的進步。

        責任編輯:封曉健

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