新電池結(jié)構(gòu)讓飛行汽車成為可能

搭載全氣候電池的電動(dòng)車將在北京冬奧會(huì)上亮相。在嚴(yán)寒地區(qū)連續(xù)3年進(jìn)行的實(shí)地車隊(duì)試驗(yàn)，已經(jīng)充分地驗(yàn)證了這種新型電池的性能和壽命。

有關(guān)“鋰電池不耐低溫的問題，已經(jīng)得到了解決?！边@項(xiàng)電池新技術(shù)，是由美國國家發(fā)明家科學(xué)院院士王朝陽提出的。他是動(dòng)力電池、儲(chǔ)能與燃料電池技術(shù)科學(xué)家。2021年11月6日，王朝陽在騰訊WE大會(huì)上指出，儲(chǔ)能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)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(shí)沒有太大的變化。

它由3種材料構(gòu)成：即負(fù)極材料、正極材料和隔開兩者的電解液。

這種結(jié)構(gòu)自然地形成了兩個(gè)界面：一個(gè)存在于正極材料和電解液之間，另一個(gè)在負(fù)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(dòng)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(shí)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)，以保障電池的安全。這樣一來，又會(huì)增加電池的重量、體積和成本。

有沒有一種電池，不工作的時(shí)候可以把反應(yīng)界面關(guān)掉一些，以提高安全性；工作的時(shí)候再把界面調(diào)大調(diào)強(qiáng)，給出所需要的高功率？

王朝陽的團(tuán)隊(duì)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10μm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(gè)開關(guān)，就可以隨意地調(diào)控電池的活性。哪怕在零下30℃的環(huán)境里凍透的電池，只需30 s時(shí)間，就能自加熱到零度以上并正常工作。

這一技術(shù)，已被2022年北京冬奧運(yùn)會(huì)采用，成為驅(qū)動(dòng)奧運(yùn)電動(dòng)汽車的核心技術(shù)之一。

加一片鎳箔，聽起來是相當(dāng)簡單的方法。王朝陽告訴科技日報(bào)記者，它背后有曲折的探索過程。團(tuán)隊(duì)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，有的在實(shí)驗(yàn)室做得非常漂亮，但產(chǎn)業(yè)化時(shí)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(shí)用價(jià)值的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，最后都是極致的簡單?！蓖醭柛锌?，“創(chuàng)新需要堅(jiān)持和毅力，這么多年，我們團(tuán)隊(duì)一直在追蹤電池和儲(chǔ)能的問題?！?/p>

基于熱調(diào)控原理，團(tuán)隊(duì)還發(fā)明了10 min快充電池。王朝陽認(rèn)為，10 min快充電池的應(yīng)用和推廣，是電動(dòng)汽車發(fā)展的一個(gè)重要里程碑——快速補(bǔ)能可以讓電動(dòng)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(bào)記者采訪時(shí)，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(dāng)高，它必須在每次降落以后馬上對電池進(jìn)行快速補(bǔ)能?！澳壳拔覀兊膶?shí)驗(yàn)已證實(shí)了10 min快充電池用于飛行汽車的可行性和經(jīng)濟(jì)性?！?/p>

其實(shí)，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(rèn)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(yàn)證可重復(fù)，然后市場給出量產(chǎn)方案?！斑@才是靠譜的。”他強(qiáng)調(diào)，電池和儲(chǔ)能是新能源時(shí)代和智能社會(huì)最重要的基礎(chǔ)技術(shù)之一，在未來的10年內(nèi)將迎來巨大的創(chuàng)新機(jī)會(huì)。

自2013年迄今，騰訊WE大會(huì)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(tái)。王朝陽說，WE大會(huì)為科學(xué)工作者提供了一個(gè)讓大家了解的平臺(tái)，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(jìn)步。