10分钟给电动汽车充满电,要在中国领先?

2020-10-13 10:49   来源: 互联网    阅读次数:2305

最近,中国科技大学纪星教授在"科学"杂志上发表了一项重大突破,采用了新设计的黑磷复合材料,使锂离子电池具有高容量、快速充电和长寿命等优点,有望解决电动汽车充电时间长的问题。


神奇的黑磷"为"锂电池"供电


锂电池,已成为现代生活的重要组成部分,其高能量密度,使手机、平板电脑等小型电子设备走进千家万户。这三位科学家在2019年诺贝尔化学奖认可的基础上,为锂电池的发展做出了杰出贡献。


自1991年锂电池的商业化以来,锂电池的主流正负性材料变化不大--目前最常见的锂电池中,锂钴是最常见的材料,负极是碳材料。锂电池负极添加了新材料黑磷,引起了中国科技大学的关注。"这应该是目前世界上独特的研究,肯定是中国锂电池研究的一个重大突破。"研究锂电池热管理方向的上海理工大学的沈磊博士评论道:


黑磷是白磷高温高压转化形成的一种黑色金属光泽晶体,在磷的各异构体中反应活性最弱,在空气中不自燃。在锂电池负极中加入黑磷可以增加电池负极材料的光谱,聚集更多的锂原子,增加电池容量,使锂离子在正负极和负极之间穿梭,提高电子的传输效率。


盛磊说,十年前,中国锂电池的研发处于"跟风"的困境,但现在中国在锂离子电池的研发上处于领先地位,超过了世界上许多发达国家。目前,欧洲电动汽车制造商已经为中国定制了锂离子电池,如国产三元锂电池和磷酸亚铁锂电池。在锂离子电池的快速充电中,美国去年还发布了前沿研究成果,在电池负极中加入石墨烯,以提高电池的充放电性能。然而,目前中国科技大学在电池负极中加入黑磷,可以发挥相同的电池性能增强效果,我国的研究在经济性方面比较突出。


充电速度仍然是中国锂电池发展的一个不足。


快速充电是锂电池的一大期望,但这并不是唯一的期望,目前电动汽车锂电池的研究方向主要集中在能量密度、功率密度、充电速度和安全性等几个方面。"能量密度决定汽车的运行距离,功率密度决定汽车的运行速度。"当然,安全是前提。"盛磊说,充电速度仍然缺乏国内锂电池的研究。


理论上说,美国的石墨烯锂电池和中国科学技术大学和浙江大学开发的新型锂电池都有望在10分钟甚至10秒内完全充电。"然而,要达到实验室所能达到的充电速度,无论是否能装上汽车,都需要更多的研究。上述三元锂电池,从实验室到大型企业生产,花费了十多年的时间。此外,配套设施能否跟上,也是一个问题。如果锂离子电池的充电电流不低于5倍,那么一条充电线路可能需要携带近1000安培的电流。此时,如果一打以上的电动汽车同时充电,主输电线路的厚度可能会和电线杆一样厚。


目前,我国期望到2025年将锂离子电池单体的能量密度提高到500 W·kg。目前,锂离子电池单体的能量密度刚刚超过300 Wh.它离目标还有很远的距离。即使达到了500 Wh/kg的能量密度指标,锂离子电池仍存在许多热安全问题。例如,三元锂电池中镍、钴、锰的比例由5:3:2变为8≤1,虽然可以大大提高电池的能量密度,但同时也大大降低了电池的安全性。最后,盛磊补充说:总之,中大开发的新型锂电池可以达到良好的快速充电功能,但没有关于电池的功率密度和热安全性的详细报告。预计CUST的研究人员能够及时、可持续地报告电池的后续研究结果。




责任编辑:萤莹香草钟
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