「电动汽车」11分钟充电70%,华人教授在锂电池中加镍箔登上Nature
精选评测好文
原文标题:11分钟充电70%,华人教授在锂电池中加镍箔登上Nature
机器之心报道
编辑:杜伟、陈萍
在电动汽车越来越「热」的当下,电池的材料也越来越多样化。
电动汽车的电池材料有不同的选择,例如固态锂电池。上个月,哈佛大学自主研发了一种新型固态锂电池,仅需 3 分钟就可以充满电,使用寿命更是能够超过 10000 次。
今天介绍的是另一种特殊的材料——镍箔,通过在电池内部加入一层薄薄的镍,标准电动汽车电池可以在 10 分钟左右充满大部分电量。这可以为配备多个昂贵电池组的电动汽车提供一种更经济的替代品。
举个例子,在传统远程电动汽车的旅行时,电池容量 120 千瓦时且需要一个小时充满电的电池组可以替换为电池容量 60 千瓦时且仅充电 10 分钟的电池组,二者的续航里程保持非常接近。
这项研究是由宾夕法尼亚州立大学材料与工程学杰出教授王朝阳(Chao-Yang Wang)等多位研究人员完成的,并发表在了 10 月 12 日的 Nature 上。王朝阳教授是燃料电池和二次电池领域的专家学者,并于 2019 年 12 月当选为美国国家发明家科学院院士。
论文地址:https://www.nature.com/articles/s41586-022-05281-0
研究人员对充满电后续航里程约为 560 公里的锂离子电池进行了实验,其中该电池的能量密度为 265 瓦时 / 公斤。通过在它的内部添加超薄镍箔,11 分钟可以充电至 70%,行驶里程约 400 公里;12 分钟可以充电至 75%,行驶里程约 440 公里。
其实,早在 2016 年,王朝阳及其同事就开始在锂离子电池内部添加镍箔来加热,帮助电池在严寒环境中有更好的续航表现。在新研究中,他们同样使用镍箔来加热电池并提升了性能,这也是他们在 2021 年为电动飞行汽车 eVTOL 采取的电池策略。
电池在运行时需要热起来但却不能太热,因此将电池保持在适宜的温度一直是电池工程师面临的一大挑战。过去依靠外部笨重的热冷系统来调节电池温度,但会导致反应缓慢并耗能很大。
因此,在电池内部加入镍箔来调节温度成为另一种选择。王朝阳表示,「我们需要一种简单的方式让电池快速升温——在一分钟内。而在早期的自热电池中,我们碰巧发明了一种内部加热箔。」总之,他们发现只需要调整电池材料,就能保证锂离子电池在高温下保持非常稳定和安全。
对于电动汽车而言,当充电至 75% 时,电池可以持续使用超过 900 次循环,续航里程约为 402,000 公里;当充电至 70% 时,电池可以持续使用约 2,000 次循环,续航里程约 804,000 公里。其中每次充电都是快速充电。
专为电动汽车开发的 10 分钟快速充电电池,顶部的黑匣子包含一个控制模块的电池管理系统。
研究人员表示,这项工作与当前声称充电 10 分钟后可以行驶 100 或 150 英里的电动汽车完全不同,因为这些汽车通常具有 600 英里的连续行驶里程,因此行驶 150 英里基本上只相当于充电到 25%。这项工作则将当前的充电水平提高了三倍。
目前,王朝阳实验室正与美国初创公司 EC Power 合作开发这项电池技术,后者致力于快速充电电池的制造和商业化。未来,研究人员希望在 5 分钟内将超高能量密度电池充电至 80%。他们已经为这一愿景打下了科学基础,之后的工作就是微调更稳定的材料和热调制策略。
王朝阳。
研究介绍
想要电池快速充电必须同时满足三个评估指标:(1)充电时间(2)获得的比能(3)快速充电条件下的循环次数。缺少这三个指标中的任何一个都是不充分的或具有误导性的。
如下图为快速充电电池的示意图。在这个示意图中,汽车可接受区域包括左上角的矩形区域,由美国能源部规定的 15 分钟内获得的 150 Wh kg^−1 最小能量定义。理想的充电目标是获得 240 Wh kg^−1 的能量(例如,在充电 5 分钟后,将 300 Wh kg^−1 电池充电到 80% 的充电状态(SOC,state of charge)),且每次充电都是快速充电,循环寿命超过 2000 次。图 1a 为文献数据,其中电池循环寿命大于 800,满足汽车循环寿命的最小要求;图 1b 显示了循环寿命低于 800 的电池,这个数字是用户不能接受的。
为了实现 15 分钟获得 240 Wh kg^-1 比能和超过 800 次循环的目标,本文选择了面积容量为 3.4 mAh cm^-2 的 LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O_2 ( NMC811 ) 作为阴极。通过将 ATM (asymmetric temperature modulation)方法与双盐电解质和更大孔隙率的阳极相结合,来改善离子传输,因而本文展示了一种适用于汽车的解决方案。
当充电为 4C(C 代表放电倍率)至 75% SOC ( 荷电状态,约 25 万英里 ) 时,锂电池可以循环超过 900 次,而当上部荷电 SOC 降低至 70% ( 约 50 万英里 ) 时,锂电池循环约为 2000 次。
在这项工作中,本文使用能量密度更高的 NMC811 阴极材料电池。下图 2 为 ATM 方法下的高比能锂离子电池容量衰减曲线。下图表明,仅使用 ATM 无法实现不镀锂的高能电池的 15 分钟 / 4C 快速充电;电解质的传输性质需要进一步加强。
改进离子传输
本文使用 LiPF_6-LiFSI 双盐电解质和更高的阳极孔隙率来改进离子传输。与 LiPF_6 相比,LiFSI 不但具有相似的离子电导率和更高的迁移数,更重要的是,它的热稳定性更好。
为了利用 LiPF_6-LiFSI 的这些特性,本文改用双盐电解质,其中 1M LiPF_6 被 0.6M LiFSI 和 0.6 M LiPF_6 取代。在 6C 放电条件下,相对于基线电解质,相对容量从 70% 增加到 90%。此外,LiFSI 更好的热稳定性可实现更高的充电温度和更快的充电速度。
下图为 LiBs 的快速充电与增强离子传输示意图:a 为 ATM 循环内的电压和温度分布。b 为快速充电下的容量保持。c 为快速充电后获得的比能。
最后,基于上述改进,本文评估了 ATM 策略在电池组水平上对电池冷却和安全性的影响。模拟发现电池在 C/3 放电后需要 11.6 分钟才能冷却到 40 °C 以下(图 4c),在单个电池测试中观察到大约需要 8 分钟(图 3a),假如在进行一些优化,这个时间可以减少到大约 5 分钟。这些数值结果证明了支持 ATM 的电池组实现安全 4C 充电的可行性。
更多文章:冬季魔都的办公室加湿神器,向物双喷加湿器入手体验<\a>
其他人还看了
「福特」快实现了:你买的不是车,而是软硬件都能升级、带轮子的「客厅」
「富士康」富士康CEO:不会销售自家品牌的电动汽车希望能为特斯拉代工
「奥迪」边开车边净化?奥迪推出车载颗粒物捕捉装置:可过滤排放粉尘
郑重声明:本文“「电动汽车」11分钟充电70%,华人教授在锂电池中加镍箔登上Nature”,https://nmgjrty.com/shumacp_642875.html内容,由机器之心提供发布,请自行判断内容优劣。
- 全部评论(0)
- 「airpodspro」谷歌Pixel7/6不能很好兼容AirPodsPro2
- 「电动汽车」11分钟充电70%,华人教授在锂电池中加镍箔登上Nature
- 「光和」中国天眼FAST发现宇宙中最大原子气体结构比银河系大20倍
- 「pixel」Pixel系列还能打,靠的是什么?
- 「机器人」日厂打造世界首例四人四足步行机器人大象一般惬意乘坐
- 「新能源汽车」“撞不起”的新能源车
- 「潘建伟」“秒”要被重新定义了,潘建伟团队这项“国际首次”研究功不可没
- 「生物」地球,因何成为生命的天选之地?
- 「ipad」视频调色软件DaVinciResolve登陆苹果iPad
- 「布朗」小小的冥王星,为何让几代天文学家头皮发麻?
- 「英伟达」疑似英伟达RTX40“泰坦”散热模块曝光:四槽厚,能压900W
- 「荣耀」荣耀申请灵动胶囊/精灵商标:领先苹果iPhone14Pro四年
- 「作弊」顶级作弊把老师看服了,学生把法律教材刻到了11支笔上
- 「比亚迪」一个月爆卖20万辆车,比亚迪还要挤进“果链”
- 以一抵四,效率翻倍!IDMIX100W迷你氮化镓充电器4口体验分享
- 适合运动,带娃?这款眼镜相机,值得拥有!
最新更新
- 「airpodspro」谷歌Pixel7/6不能很好兼容Air
- 「电动汽车」11分钟充电70%,华人教授在
- 「光和」中国天眼FAST发现宇宙中最大原子
- 「pixel」Pixel系列还能打,靠的是什么?
- 「机器人」日厂打造世界首例四人四足步
- 「新能源汽车」“撞不起”的新能源车
- 「潘建伟」“秒”要被重新定义了,潘建
- 「生物」地球,因何成为生命的天选之地
- 「ipad」视频调色软件DaVinciResolve登陆苹果
- 「布朗」小小的冥王星,为何让几代天文
- 「英伟达」疑似英伟达RTX40“泰坦”散热
- 「荣耀」荣耀申请灵动胶囊/精灵商标:领
- 「作弊」顶级作弊把老师看服了,学生把
- 「比亚迪」一个月爆卖20万辆车,比亚迪
- 以一抵四,效率翻倍!IDMIX100W迷你氮化镓
推荐阅读
- 「airpodspro」谷歌Pixel7/6不能很好兼容AirPodsPro2
- 「pixel」Pixel系列还能打,靠的是什么?
- 「光和」中国天眼FAST发现宇宙中最大原子气体结构比银河系大20倍
- 「机器人」日厂打造世界首例四人四足步行机器人大象一般惬意乘坐
- 「新能源汽车」“撞不起”的新能源车
- 「潘建伟」“秒”要被重新定义了,潘建伟团队这项“国际首次”研究功不可没
- 「生物」地球,因何成为生命的天选之地?
- 「布朗」小小的冥王星,为何让几代天文学家头皮发麻?
- 「ipad」视频调色软件DaVinciResolve登陆苹果iPad
- 「英伟达」疑似英伟达RTX40“泰坦”散热模块曝光:四槽厚,能压900W
- 「荣耀」荣耀申请灵动胶囊/精灵商标:领先苹果iPhone14Pro四年
- 「作弊」顶级作弊把老师看服了,学生把法律教材刻到了11支笔上
猜你喜欢
- [iPhone]iPhone13promax远峰蓝128G入手
- [安卓手机]realme真我GTNeo2开箱,金刚石冰芯散热系统+E4屏,5000mAh大电池
- [贴膜]红米9爆屏更换记录,弯曲的中框修复
- [智能机器人]编程从娃娃抓起,MakeBlock程小奔上手体验
- [智能摄像机]内置大电池,无需打孔走线,小米室外摄像机给你满满的安全感
- [充电器]65w网红氮化镓一次看个够
- [电脑支架]原汤化原食,LGErgo显示器支架
- [蓝牙耳机]中端耳机音质天花板,降噪很有一手,鹿图COCO真蓝牙降噪耳机评测
- [音频播放器]关于R01主板的主观看法,和一些碎碎念
- [充电器]双口快充,满足日常需求
- [VR设备]GOOVISLite头戴影院评测
- [蓝牙耳机]魅蓝Blus耳机体验,魅蓝依旧还是当年坚持做良品的青年良品
- [安卓手机]从5988跌至2749,256GB+鸿蒙OS+7nm麒麟,从高端市场跌至中端市场
- 「轻众测|素诺智能可视冲牙器」别急,对准再冲!素诺可视冲牙器让残渣无所
- 「九号新品Nano及Air T15」萌娃初体验——Ninebot九号平衡车Nano