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科學家開發薄片式電池 汽車充電一次開1千公里

鉅大LARGE  |  點擊量:413次  |  2021年11月29日  

科學家剔除封裝單個電池的外殼,用薄片式設計取代圓柱形設計。金屬片上涂有能源存儲材料,一側是正極一側是負極。


根據AAA的報告,美國司機平均每天駕駛汽車行駛30英里(48公里),雖然電動汽車充電一次的續航距離相當于數字的3倍,不過還是有許多人不愿意購買。


這就是所謂的“里程擔憂”問題,汽油汽車仍然統治著公路,里程擔憂是重要的原因之一,不過一個科學家團隊試圖化解這個問題。


德國工研院(Fraunhofer-Gesellschaft)移動能源存儲系統項目經理沃爾特(MareikeWolter)與一個團隊攜手合作,正在研究一種新電池,它可以讓電動汽車充電一次續航620英里(1000公里)。


沃爾特介紹稱,項目于3年前啟動,當時德國工研院與同蒂森克虜伯系統工程(ThyssenKruppSystemEngineering)、IAV汽車工程的研究人員聚在一起,討論如何改進汽車鋰離子電池的能源密度。他們將目光轉向了流行的全電動汽車特斯拉,由此開始研究。

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特斯拉最新的汽車ModelS100D安裝100千瓦時電池組,續航里程約為335英里(540公里)。電池很大,約有16英尺長、6英尺寬、4英寸厚。電池組包含了8000個鋰離子電芯,每一個都裝在圓柱外殼中,圓柱大約2-3英寸(6-7厘米)高,直徑0.8英寸(2厘米)。


沃爾特告訴LiveScience:“我們當時就想,假如使用的空間與特斯拉電池是相同的,但是能源密度更高,可以讓續航里程達到1000公里,那將是十分棒的一件事。”


她認為,要達到目標有一個辦法,那就是優化電池材料,讓它存儲更多的能量;除此之外還有另一種辦法,那就是改進系統的整體設計。


每一個電芯大約50%的空間被組件占據,比如外殼、正極、負極、電解質(一種液體,讓帶電粒子移動)。假如將電芯裝進汽車要的空間更大,因為要用線將電池與汽車的電力系統連接起來。


“這種設計浪費空間。”沃爾特說,“在系統中有許多不活躍的組件,在我們看來,這是一個問題。”

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于是乎,科學家決定調整電池的整體設計。怎么做的呢?科學家剔除封裝單個電池的外殼,用薄片式設計取代圓柱形設計。金屬片上涂有能源存儲材料,它是用粉末陶瓷和聚合物粘合劑制造的。金屬片的一側是正級,另一側是負極。


研究人員將所謂的雙極性電極一個一個堆疊起來,如同將一張張紙疊起來相同,電極之間用薄薄的電解液分開,里面還有一種材料防止電荷短路。然后科學家將疊起來的薄片封裝,規格約為10平方英尺(1平方米),它的上部與下部與汽車電力系統連接。


科學家的最終目標就是開發一個電池系統,空間大小與特斯拉汽車或者其它電動汽車的電池相同。沃爾特稱:“在相同的空間內我們可以放進更多的電極,存儲更多的電能。”她還說,研究人員的目標是在2020年之前在汽車上測試系統。



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