科學家已經開發出一種鋰離子電池，該電池可在高溫下充電以提高反應速率，但在放電過程中可使電池保持涼爽，顯示出在10分鐘內為電動汽車增加200英里續駛里程的潛力。如果按比例縮放，該設計是一種緩解全電動汽車缺乏足夠巡航距離以安全到達目的地而又不會使旅途中途停滯的潛在策略。賓夕法尼亞州立大學的研究人員10月30日在《焦耳》雜誌上發表了這項研究。
科學家已經認識到需要設計能夠快速充電的電動汽車電池，以滿足駕駛員的需求。然而，如此快速的充電速率將要求電池迅速吸收400千瓦的能量，這是當前車輛無法實現的壯舉，因為它冒著鋰電鍍（陽極周圍形成金屬鋰的危險）的風險，這將嚴重降低電池壽命。
當常規鋰電池在相同溫度下充電和放電時，研究人員發現，可以通過將電池充電至60攝氏度的高溫幾分鐘，然後在較低的溫度下放電，從而避免鋰電鍍問題。
賓夕法尼亞州立大學機械工程師王超陽說：“除了快速充電外，這種設計還使我們能夠將電池的暴露時間限制在升高的充電溫度下，從而產生了非常長的循環壽命。” “關鍵是要實現快速加熱；否則，電池將在高溫下停留太長時間，從而導致嚴重退化。”
為了縮短加熱時間並以均勻的溫度加熱整個電池，Wang及其同事配備了一種鋰離子電池設計，該電池具有自熱鎳結構，可在不到30秒的時間內預熱。為了測試他們的模型，他們使用各種冷卻策略為三個用於混合動力電動汽車的石墨袋式電池分別在40、49和60攝氏度以及控制在20攝氏度下充電，以維持恆定的充電溫度。為了確認沒有發生鍍鋰，他們隨後將電池完全放電並打開進行分析。
Wang和研究小組發現，預熱至60攝氏度的電池可以維持極快的充電過程達1,700個循環，而控制單元只能保持60個循環。在49至60攝氏度的平均充電溫度下，該研究未觀察到任何鋰電鍍。研究人員還觀察到，升高的充電溫度大大降低了將電池保持在初始溫度所需的冷卻-對照電池產生3.05瓦時，而60攝氏度電池僅產生1.7瓦時。
Wang說：“過去，人們普遍認為鋰離子電池應避免在高溫下運行，因為擔心會加速副反應。” “這項研究表明，在有限的暴露時間下，在高溫下減輕鋰鍍層的好處遠遠超過了加劇的副反應帶來的負面影響。”
研究人員指出，該技術是完全可擴展的，因為所有電池均基於工業上可用的電極。他們已經證明了它在大規模電池，模塊和電池組中的使用。鎳箔使每個電池的成本增加了0.47％，但是由於該設計消除了當前模型中使用的外部加熱器的需求，因此實際上降低了生產每個電池組的成本。
接下來，Wang的團隊計劃將他們的設計進一步發展。
他說：“我們正在努力在五分鐘內為高能量的電動汽車電池充電，而不會對其造成損壞。” “除了我們發明的自熱結構之外，這還需要高度穩定的電解質和活性材料。”
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