康奈尔团队开发快速充电锂电池旨在消除续航焦虑

盖世汽车钟群 2024-01-26 18:08:56

盖世汽车讯据外媒报道，康奈尔大学（Cornell University）工程学院（Cornell Engineering）的团队开发出可以在五分钟内充电的新锂电池，充电速度比市场上同类电池都快，同时能在长时间的充放电循环中保持稳定的性能。这一突破可以缓解驾驶员的“里程焦虑”，即担心电动汽车在没有及时充电的情况下无法长途行驶。

图片来源：期刊《Joule》

锂离子电池因重量轻、可靠且相对节能，是电动汽车和智能手机等设备最受欢迎的电源之一。然而，锂离子电池充电需要数小时且缺乏处理大电流浪涌的能力。

目前该研究成果已发表在期刊《Joule》。化学与生物分子工程博士生、该研究的主要作者Shuo Jin表示：“我们的目标是开发符合日常充放电的电池电极设计。在实际应用中，我们希望电子设备能够快速充电并长时间运行。为了实现这一点，我们发现了一种独特的铟阳极材料，可以与各种阴极材料有效配对，从而制造出一种快速充电、缓慢放电的电池。”

对于他们的新型锂电池，研究人员采取了不同的策略，并重点关注电化学反应的动力学，特别是采用了一种称为“达姆科勒数（Damköhler number）”的化学工程概念，本质上是衡量化学反应发生的速率相对于材料运送到反应点的速率。

识别出电池电极材料具有快速的固态传输速率，从而确定低达姆科勒数，有助于研究人员确定铟作为一种颇有前景的快充电池材料。铟是一种软金属，主要用于制造触摸屏显示器和太阳能电池板的氧化铟锡涂层。铟也被用作低温焊料中铅的替代品。

新研究表明，铟作为电池阳极有两个关键特性：极低的迁移能垒，它决定了离子在固态中扩散的速率；以及适度的交换电流密度，它与阳极中离子减少的速率有关。这些特性（快速扩散和缓慢的表面反应动力学）的结合对于快速充电和长时间储存至关重要。