擁有全電動(dòng)汽車最令人沮喪的局限性是對(duì)電池充滿電需要多長時(shí)間。例如，對(duì)于特斯拉，使用最強(qiáng)大的充電站將其充電至80%的容量大約需要40分鐘?？茖W(xué)家們長期以來一直認(rèn)為，物理學(xué)定律限制了您可以安全地為電池充電的速度，但是猶他大學(xué)化學(xué)工程助理教授陶高的最新研究為制造僅需一小部分時(shí)間即可充電的電池打開了大門。

高的研究在科學(xué)期刊焦耳發(fā)表的一篇新論文中進(jìn)行了詳細(xì)闡述。在麻省理工學(xué)院化學(xué)工程教授馬丁·巴贊特(Martin Z. Bazant)的監(jiān)督下，高在麻省理工學(xué)院擔(dān)任博士后研究員時(shí)進(jìn)行了這項(xiàng)研究。高現(xiàn)在在猶他大學(xué)進(jìn)行這項(xiàng)研究，在那里他正在進(jìn)一步開發(fā)能夠快速充電的先進(jìn)鋰離子電池。

高說：“這種理解為解決這一挑戰(zhàn)所需的未來工程工作奠定了基礎(chǔ)。” “現(xiàn)在我們知道要去哪里。我們對(duì)需要做的事情有清晰的認(rèn)識(shí)。”

鋰離子電池由于其高能量密度，低重量和長壽命而已成為便攜式電子產(chǎn)品和全電動(dòng)汽車的流行選擇。它們還用于膝上型計(jì)算機(jī)，便攜式電器和太陽能存儲(chǔ)中。

但是，鋰離子電池充電的速度受到稱為“鍍鋰”的現(xiàn)象的阻礙，這種現(xiàn)象是鋰離子太快地放入石墨顆粒中時(shí)發(fā)生的副反應(yīng)。高將鋰離子電池的操作與乒乓球在桌子上來回打球進(jìn)行了比較。在充電過程中，球或鋰離子會(huì)從正極移動(dòng)到負(fù)極。充電速度類似于球的移動(dòng)速度。高解釋說，當(dāng)鋰離子移動(dòng)太快并且電池中的石墨顆粒無法捕獲鋰時(shí)，就會(huì)發(fā)生鍍鋰。在充電時(shí)，這可能很危險(xiǎn)，并可能導(dǎo)致電池著火或爆炸，從而限制了電池的充電速度。它還會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞電池，從而限制其使用壽命。

高的發(fā)現(xiàn)揭示了控制電池充電過程中石墨顆粒中鋰鍍層現(xiàn)象的重要物理原理，并能夠預(yù)測電池運(yùn)行中的鋰鍍層。

他說：“我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，可以可視化充電過程中負(fù)極發(fā)生的事情。我們可以看到石墨顆粒(負(fù)極中的材料)，并且可以實(shí)時(shí)查看電池充電過程中發(fā)生的事情。” “現(xiàn)在我們了解了物理原理。這為我們提供了解決這一局限性和改善電池充電性能的方向。”

高堅(jiān)認(rèn)為，有了新的認(rèn)識(shí)，新技術(shù)可以制造出一種汽車電池，其充滿電的速度比正常情況下快五倍，或者十分鐘之內(nèi)，而不會(huì)造成危險(xiǎn)或降解速度過快，他說。他說，使用最快的充電器通常需要花費(fèi)半個(gè)多小時(shí)的時(shí)間，而智能手機(jī)也可以在10分鐘內(nèi)充滿電。

現(xiàn)在，高和他的同事研究人員背后的鋰離子充電科學(xué)更好地把握，他認(rèn)為，我們可以看到手機(jī)有更好的電池在短短的三至五年和清一色電動(dòng)車最快將在五到10年。

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