電動車發展的主要矛盾是什麼？在不久之前，是續航里程，單次充電NEDC續航200/300km確實不太夠用。但隨著時間的車輪向2020年碾去，大部分新車的續航已經來到500km以上，主要矛盾已經逐漸切換為了充電問題。
500km的NEDC續航上高速一般也可以達到300km的續航能力，差不多2小時多的連續行駛之後，進服務區休整一下也合適，如果車輛能夠在30分鐘內完成補能，那麼就不會對整個行程造成壓力。如果進一步，充電能夠在5-10分鐘左右完成，那麼體驗和燃油車就不會有太多的差別。而且充電快了之後，同一個充電樁/充電車位的利用率也會改善。
那麼10分鐘完成充電離我們有多遠？說遠不遠，賓夕法尼亞州立大學的研究人員10月30日在《焦耳》雜誌上發表的研究表明，新開發的鋰電池已經能夠實現10分鐘補充200英里（320公里）續航，充電功率高達400kW，循環壽命也能夠達到1700次。
試驗人員將電池加熱到60℃進行短時間的大功率充電，並在較低溫度下放電，從而避開了低溫高電流充電造成的析鋰現象（陽極周圍的鋰離子被大電流不可逆地還原為鋰金屬，電鍍在電極表面，從而造成可用鋰離子減少容量降低，並且電極反應面積減小，更危險的是會形成如樹枝狀的鋰枝晶，刺穿隔膜，造成電池內部短路）。
這項技術的核心在於極為迅速地加熱電池以及快速的降溫，從而避免電池長時間工作於高溫環境，賓夕法尼亞州立大學機械工程師王朝陽（Chaoyang Wang）稱，他們改進了電池設計，增加了自加熱的鎳箔結構，可在不到30秒的時間內預熱。“這項研究表明，在有限的暴露時間下，在高溫下減輕析鋰的好處遠遠超過了高溫加劇副反應帶來的負面影響。”
除此之外，這種新型的能接受大功率充電的電池還需要高度穩定的電解質和活性材料。怎麼製備這種材料也是個看著就讓人頭大的大學問。
有多頭大？隨便給你找兩個研究案例：Toshiki Nokami等人通過密度泛函理論計算，設計出了有機芘-4,5,9,10-四酮接枝PMMA（Polymer-Bound Pyrene-4,5,9,10-tetraone）鋰離子正極材料，這種材料可作為優秀的正極骨架結構，具有卓越的快速充放電能力。
看不懂？沒事，我也看不懂。好吧，把鋰電池材料工藝的進化交給研究者，那麼，在現有的鋰電池條件下，有什麼手段可以加快充電速度嗎？有，並非單純的加大充電電流，如今的快充技術通過控制充電的方式，同樣可以起到加速充電的作用。
★快速充電的理論基礎：馬斯三定律
制約充電速度的因素主要出於安全與壽命考慮，要提高充電速度，首先我們必須要知道，在安全的前提下，電池充電電流最大能達到多少？美國科學家馬斯以蓄電池充電時產生氣體最少（不對電池產生危害）為前提，研究蓄電池能夠接受的最大充電電流（使充電速度最快），從而獲得了一條最優曲線：馬斯理想充電曲線，可以用以下公式來表達：
馬斯三定律用來描述兩個未知數α和I_0。雖然當年馬斯的研究對象是鉛酸蓄電池，但其基本原理卻是放諸四海而皆準，不能定量卻可以定性指導鋰電池快充技術的發展。
馬斯三定律的基本定義如下：
用白話文來說，第一定律表明如果以同樣電流放電，放電越多，充電越快，這也可以解釋了為什麼充電時，電量低充電快，而電量足的時候充電慢。第二定律指的是放電時候電流越大，充電時候的電流也可以更大，充電越快；第三則表明充電電流不是由某一個放電階段決定的，而是整個過程共同影響的疊加，帶負脈衝的脈衝充電法便可以用馬斯三定律進行解釋：在充電之前或者過程中適當（快速）放電可以提高充電電流接受比。
★充電的基本方法
下面介紹三種充電的基本控制方法，其他的基本可以視為這幾種方法的組合與拓展。
1.恆流充電法。通過調整充電裝置的電壓或者改變蓄電池串聯電阻的方式是充電電流保持不變的充電方法，由於電池可接受電流能力隨著充電過程逐漸下降，因此如果始終保持較高電流恆電流充電的話，電池無法接受的電流被用於電解水，產生氣體，一方面浪費的能源，降低了效率，另一方面，也會造成電池的不可逆損耗併發生危險。因此，恆流充電一般只作為充電的一個階段。
2.恆壓充電。恆流充電控制電流，而恆壓充電則控制施加在電池兩端的電壓。隨著充電的進行，電池電動勢增加，充電電流會逐漸減小，因而恆壓充電在充電中後期對電池較為友好，但充電初期，由於電池電動勢很小，充電電流就會顯得很大，危害電池安全。另外在充電末期，由於各種活化過電壓的存在，充電電流過小，可能會造成充電不足。前期電流過大而末期過小，試驗結果顯示會影響電池使用壽命。
3.階段充電法。由於恆壓和恆流單獨使用存在各種問題，因此要將他們組合起來使用。如多段恆流、充電初期用大電流恆流，當達到一定電壓後改用較小的電流；多段恆壓；當前最常用的恆流恆壓充電法，在充電初期採用恆電流充電，電流較大，充電速度較快，後期用恆壓充電，結合了兩者的優點；以及階段更多的恆流恆壓涓流充電等等。
這幾種充電方法共同的特徵是連續充電，他們沒有考慮到電池在充電過程中必然發生的極化現象。電池循環初期還好，隨著循環測試增加，電池老化，極化現象會越發明顯。從而使電池電壓在恆流充電快速上升，達到臨界值而切換為恆壓充電，充電速度降低。
極化現象是什麼？簡單來說，電池在充電過程中的極化就像倒可樂，倒的越快，越多，杯中產生的泡沫越多，很快就倒滿，乃至溢出了，但此時杯中實際上只有半杯可樂，剩下半杯都是泡沫。對應於充電，那就是虛電。關於極化的具體內容，我們下期講堂繼續。
最後做一個總結：快充技術的發展一方面需要電池製造技術的支持（提高天花板），而另一方面也需要摸索出現有電池的極限（天花板之下搭儘可能高的梯子），單純搭梯子（充電）很簡單，但如何又好又快地搭梯子，讓搭的梯子更加堅固（電量“實”），就需要遵循這期講的馬斯三定律。
本文作者為踢車幫 Route 64
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