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「DeepTech深科技」华人科学家为电池装上“温控开关”，新型钝化电池将彻底告别自燃( 二 )


研究人员首先通过使用高稳定性的材料 ， 并创建了更稳定的电极/电解质界面（EEI） ， 设计出一种拥有更高的电荷转移电阻（Rct）和直流电阻（DCR）的新型钝化电池 。 “经过钝化的电池内阻是原有材料体系内阻的 5~10 倍 ， 针剌最高温度从 1000℃ 降到 100℃ 以下 。 这相当于让电池在常温环境下进入‘冬眠状态’ ， 抑制了材料活性 ， 提升电池安全性 。 ”王朝阳解释说 。
此外 ， 高稳定性的钝化电池可以使用最高比容量的活性材料和超厚电池 ， 进一步保障了电芯的最高比能 。
「DeepTech深科技」华人科学家为电池装上“温控开关”，新型钝化电池将彻底告别自燃
本文插图
图 | SEB 电池（来源：王朝阳）
而在增大了电池内阻之后 ， 如何让电池仍然能正常使用？王朝阳表示：“我们用热刺激的办法可快速调节电池的电化学动力特征 ， 使其输入高功率 。 ”研究人员在钝化电池中加入一种自加热结构 ， 以每秒 1~5 ℃的速度使电池均匀升温 ， 只需 10~20 秒便可将电池加热到 60 ℃ ， 而在该温度下电池就会以高功率正常使用 。
“SEB 电池的性能与环境温度或天气无关 ， 因为它可以在几秒钟内被加热 ， 并在恒定的高温下工作 。 虽然将电池加热到较高的温度会消耗电池能量 ， 但经过实验验证 ， 结果与直觉正相反 ， 电池的总输出能量并没有减少 。 ”王朝阳说 ， “除此之外 ， 拿电动汽车为例 ， 绝大部分时间车是停着的 ， 电池没有被使用 。 那该新型钝化电池在常温条件下容量衰减也变得更为缓慢 ， 经过充放电循环测试 ， SEB 电池的使用寿命也远超当下的同类电池 。 ”
目前 ， 这款新型钝化电池在 60 ℃ 环境下完成了 4000 多次的循环寿命检验 ， 相当于 160 万公里寿命（假设每次充满电的行驶里程是400 公里） 。 而这也打破了当下锂电池的寿命纪录 ， 将为长时间作业的车辆 ， 比如出租车、物流货车、皮卡、大巴等提供更长寿命的保证 。
“我们的百万公里长寿命电池比特斯拉的研究要更为领先 ， 因为我们的新型钝化电池是在 60 ℃ 的高温条件下做到的 ， 而特斯拉是在常温做到的 。 ”王朝阳说道 。
贴近产业 ， 可快速商业化
对于电池的未来发展 ， 固态电池作为被诺奖得主“足够好”老爷子（John B. Goodenough）“钦点”的方向 ， 受到了科学界与产业界的极大关注 ， 也有众多学者、公司投入到相关的科学研究中 。 王朝阳表示：“2025 年也许会有固态电池的样本；而可大规模生产的固态电池 ， 预计在 2030 年才会出现 。 在中间这十年里 ， 也会存在很多潜在创新 。 未来的固态电池同样可以使用该设计来提高电池的活性 。 ”
“我们的研究目标就是要能够商业化 。 ”王朝阳说 。 和其他高校的实验室不完全相同 ， 王朝阳所在机构本身拥有研发与应用结合非常成熟的系统 。 宾州州立大学专门设有电化学发动机中心和电池与储能技术研究院 ， 拥有全球领先的科研团队 ， 专长电池科学的基础研究 。 王朝阳是该研究院的院长 。 同时 ， 他的团队还孵化出 EC Power 公司 ， 专门从事新产品的开发和为新技术的商业化服务 。
王朝阳称 ， “我们在注重未来电池科学的基础研究的同时 ， 也着眼于如何颠覆当下使用的电池的性能与安全性 ， 因为这是和新能源汽车等产业发展息息相关的 ， 是会直接影响到人们需求的 。 ”
这款新型钝化电池的关键所在——“温控开关” ， 源于王朝阳团队在 2016 年发于《自然》期刊的全气候电池发明 。 当时 ， 为了解决电池在寒冷气候和高海拔地区的功率锐减等使用问题 ， 他们发明了一种插入到传统电池结构中的金属箔结构 。 该技术可以对电池进行均匀的内部加热 ， 并为电极和电解质提供快速热传递；这个自热功能是通过关闭激活端子和负极端子之间的开关来控制的 。


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