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新電池結(jié)構(gòu)讓飛行汽車成為可能

相關(guān)技術(shù)將亮相北京冬奧會

2021-11-11 13:55 來源:科技日報 次閱讀
 
新電池結(jié)構(gòu)讓飛行汽車成為可能

  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(qū)連續(xù)三年進行的實地車隊試驗,已經(jīng)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(jīng)得到解決?!?這項電池技術(shù),來自美國國家發(fā)明家科學(xué)院院士王朝陽。他是動力電池、儲能與燃料電池技術(shù)科學(xué)家。11月6日,王朝陽在騰訊WE大會上指出,儲能技術(shù)是實現(xiàn)“雙碳”目標和能源革命的關(guān)鍵核心技術(shù),具有重大的戰(zhàn)略意義。

  電池?zé)o處不在,新的電池技術(shù),往往成為新產(chǎn)業(yè)崛起的關(guān)鍵。但是,200年來,電池結(jié)構(gòu)其實沒有太大變化。

  它由三種材料構(gòu)成:負極材料、正極材料以及隔開兩者的電解液。

  這種結(jié)構(gòu)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(nèi)的反應(yīng)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(xù)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(wěn)定性。工程師要給電池增加一套熱管理系統(tǒng),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(yīng)界面關(guān)掉一些,提高安全性;工作的時候再把界面調(diào)大調(diào)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(diào)控界面的電池。

  他們已經(jīng)發(fā)明了一種全氣候電池,相關(guān)文章刊發(fā)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(wěn)定性,他們在電池內(nèi)部植入一片10微米厚度的鎳箔作為發(fā)熱體。利用電池自帶的能量,再加上一個開關(guān),就可以隨意調(diào)控電池的活性。哪怕在零下30攝氏度的環(huán)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(shù),已被2022年北京冬奧運會采用,成為驅(qū)動奧運電動汽車的核心技術(shù)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(zhuǎn)化效率低,有在實驗室做得非常漂亮,但產(chǎn)業(yè)化時還是不行……“經(jīng)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(xué)發(fā)現(xiàn),最后都是極致的簡單?!蓖醭柛锌?#xff0c;“創(chuàng)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(diào)控原理,團隊還發(fā)明了10分鐘快充電池。王朝陽認為,10分鐘快充電池的應(yīng)用和推廣,是電動汽車發(fā)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(shù)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?!澳壳拔覀兊膶嶒炓炎C實了10分鐘快充電池用于飛行汽車的可行性和經(jīng)濟性?!?/p>

  其實,電池快充和高能量密度都是科學(xué)上的重大難題。王朝陽認為,真正意義上的解決方案,應(yīng)該經(jīng)過同行評議,刊發(fā)在科學(xué)期刊后,由第三方驗證可重復(fù),然后市場給出量產(chǎn)方案?!斑@才是靠譜的?!彼麖娬{(diào),電池和儲能是新能源時代和智能社會最重要的基礎(chǔ)技術(shù)之一,在未來的十年將迎來巨大的創(chuàng)新機會。

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


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