自加热技术让锂电池不再惧怕低温

2016-01-27 10:05:00
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        最近的霸王级寒潮是不是让你的iPhone死机,或者找不到SIM卡了?都是低温惹的祸。

        由美国宾州州立大学(PSU)以及位于大学城(State College)的EC Power共同组成的一支研究团队最近开发出一种可自加热的锂电池;当气温低于摄氏零度时,这种锂电池就会自动加热,有助于为电动车(EV)车主缓解冬季时的“续航力焦虑感”(range anxiety)。

        “电池在零度低温下的运作并不理想,这已经是长久存在的问题了,”宾州州立大学化学工程系与材料科学工程系主任兼电化学引擎中心(ECEC)主任王朝阳 (Chao-Yang Wang)表示,“这种情况对手机与笔记本电脑来说可能不会是什么问题,但却是电动车、无人机、户外机器人与航空应用的一大障碍。”

        研究人员在最近发布于《自然》(Nature)期刊的研究报告指出,传统的电池在低于冰点的温度时可能遭受严重的电量损耗,从而导致在寒冷的天气下充电速度 减缓、限制再生煞车以及减少高达40%的车辆巡航里程。为了补偿对于能量造成的“寒害”问题,所需使用的电池组变得越来越大也更昂贵。

        “我们不希望真的像美国汽车协会(AAA)的报告所说的:电动车在严寒的天气时会损耗约40%-50%的续航里程,也不想要在寒冷的天气再加剧驾驶人的续航力焦虑感。”王朝阳表示,“在寒冬中,没人想经历那种续航力焦虑感。”

        研究人员们根据EC Power的专利技术开发出一款全气候适用(all-climate)的电池,虽然较底座电池更重1.5%,但仅需花费底座电池成本的0.04%。研究人员所设计的这款电池能够在20秒内从-20℃自动加热到0℃、在30秒内从-30℃升温到0℃,而且分别仅消耗3.8%和5.5%的电池容量。这比传统锂 离子电池约40%的损耗更低许多。

        这种全气候电池使用50微米厚的镍箔,其一端连接至负端子,另一端则向电池外延伸以形成第三个端子。连接至开关的温度传感器可让电子流经镍箔以完成电路。这种方式透过加热电阻使镍箔迅速升温,从而使电池内部变得温暖。一旦电池达到0℃,开关切断后,电流就会以正常的方式流动。

        虽然其他材料也可作为电阻加热组件,但镍的成本低,且效果好。

        “接下来,我们希望能进一步拓展这项研究,达到‘智慧电池’(SmartBattery)的新境界,”王朝阳说:“我认为我们应该可以用类似的结构或原则,主动地调整电池的安全、性能与使用寿命。”

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updated: 2021-10-16 10:45:35