电动汽车：给电池充电

电动汽车：给电池充电

化学工程师对锂离子电池的性质有了更多的了解，这可能会导致电池的充电速度比以前快得多。

也许拥有全电动汽车最令人沮丧的限制是电池充满电需要多长时间。以特斯拉为例，使用最强大的充电站将其充电至 80% 的电量大约需要 40 分钟。

长期以来，科学家们一直认为物理定律限制了电池安全充电的速度，但犹他大学化学工程助理教授高涛的新研究为制造只需一小部分时间即可充电的电池打开了大门.

发表在科学期刊《焦耳》上的一篇新论文详细介绍了高的研究。这项研究是在高在麻省理工学院化学工程教授 Martin Z. Bazant 的监督下担任麻省理工学院博士后研究员时进行的。高现在在犹他大学进行这项研究，他正在进一步开发能够快速充电的先进锂离子电池。

“这种理解为应对这一挑战所需的未来工程工作奠定了基础，”高说。“现在我们知道该去哪里了。我们清楚地知道需要做什么。”

锂离子电池因其能量密度高、重量轻和寿命长而成为便携式电子产品和纯电动汽车的热门选择。它们还用于笔记本电脑、便携式电器和太阳能存储。

但是锂离子电池的充电速度受到称为“锂电镀”的现象的阻碍，这是一种当锂离子过快地进入石墨颗粒时发生的副反应。高将锂离子电池的运行比作在桌子上来回击打的乒乓球。在充电过程中，球或锂离子从正极移动到负极。充电速率类似于球的移动速度。高解释说，当锂离子移动太快而电池中的石墨颗粒无法捕获时，就会发生锂电镀。充电时，这可能很危险，会导致电池着火或爆炸，从而限制电池充电的速度。它还会严重降低电池性能，限制其使用寿命。

高的发现揭示了控制电池充电过程中石墨颗粒中锂电镀现象的重要物理学，并能够预测电池运行中的锂电镀。

“我们设计了一个实验，可以可视化充电过程中负极发生的情况。我们可以看到石墨颗粒——负极中的材料——我们可以实时看到电池充电过程中发生的情况，”他说。“现在我们了解了物理学。这为我们解决这一限制和提高电池充电性能提供了方向。”

高认为，有了这种全新的认识，新技术可以制造出一种汽车电池，其充满电的速度比正常情况快五倍，即只需 10 分钟多一点，而不会出现危险或性能下降过快的风险，他说。他说，使用最快的充电器通常需要半小时以上的时间，智能手机也可以在 10 分钟内充满电。

既然高和他的合作研究人员对锂离子充电背后的科学有了更好的了解，他相信我们可以在短短三到五年内看到电池性能更好的手机，最快五年内就会出现在全电动汽车上至 10 年。