新电池结构让飞行汽车成为可能

新电池结构让飞行汽车成为可能

相关技术将亮相北京冬奥会

　　科技冬奥进行时

　　搭载全气候电池的电动车将在北京冬奥会上亮相。在严寒地区连续三年进行的实地车队试验，已经充分验证了这种新型电池的性能和寿命。

　　“锂电池不耐低温问题，已经得到解决。” 这项电池技术，来自美国国家发明家科学院院士王朝阳。他是动力电池、储能与燃料电池技术科学家。11月6日，王朝阳在腾讯WE大会上指出，储能技术是实现“双碳”目标和能源革命的关键核心技术，具有重大的战略意义。

　　电池无处不在，新的电池技术，往往成为新产业崛起的关键。但是，200年来，电池结构其实没有太大变化。

　　它由三种材料构成：负极材料、正极材料以及隔开两者的电解液。

　　这种结构自然地形成了两个界面：一个存在于正极材料和电解液之间，另一个在负极材料和电解液之间。两种界面之间存在着电势差，也就给出了电池的电压。

　　“无论我们是否在使用电池，电池内的反应界面一直在勤奋和活跃地工作。”王朝阳说，这也是电池有安全隐患和衰老的根本原因。

　　锂电池非常怕冷，电动汽车在冬天可能“趴窝”：续航里程变短，也难以充电。

　　电池材料自身无法同时满足低温高活性和高温稳定性。工程师要给电池增加一套热管理系统，来保障电池的安全。这样一来，又会增加电池重量、体积和成本。

　　有没有一种电池，不工作的时候可以把反应界面关掉一些，提高安全性;工作的时候再把界面调大调强，给出所需要的高功率?

　　王朝阳的团队一直在寻找和探索这种可调控界面的电池。

　　他们已经发明了一种全气候电池，相关文章刊发在《自然》杂志上。不增加电解液的可燃性，也不改变电极材料的热稳定性，他们在电池内部植入一片10微米厚度的镍箔作为发热体。利用电池自带的能量，再加上一个开关，就可以随意调控电池的活性。哪怕在零下30摄氏度的环境里冻透的电池，只需30秒时间，就能自加热到零度以上正常工作。

　　这一技术，已被2022年北京冬奥运会采用，成为驱动奥运电动汽车的核心技术之一。

　　加一片镍箔，听起来是相当简单的方法。王朝阳告诉科技日报记者，它背后有曲折的探索过程。团队尝试过各种各样的方法，各种各样的材料：有的安全性差，有的能量转化效率低，有在实验室做得非常漂亮，但产业化时还是不行……“经过了20多年，我自己的感受是，简单就是美。真正有实用价值的科学发现，最后都是极致的简单。”王朝阳感慨，“创新需要坚持和毅力，这么多年，我们团队一直在追踪电池和储能的问题。”

　　基于热调控原理，团队还发明了10分钟快充电池。王朝阳认为，10分钟快充电池的应用和推广，是电动汽车发展的一个重要里程碑——快速补能可以让电动车主摆脱里程焦虑。

　　王朝阳的梦想，是退休前能坐飞行汽车上班。在接受科技日报记者采访时，王朝阳指出，飞行汽车中最大的技术问题，还是电池。飞行汽车对电池的要求相当高，它必须在每次降落以后马上对电池进行快速补能。“目前我们的实验已证实了10分钟快充电池用于飞行汽车的可行性和经济性。”

　　其实，电池快充和高能量密度都是科学上的重大难题。王朝阳认为，真正意义上的解决方案，应该经过同行评议，刊发在科学期刊后，由第三方验证可重复，然后市场给出量产方案。“这才是靠谱的。”他强调，电池和储能是新能源时代和智能社会最重要的基础技术之一，在未来的十年将迎来巨大的创新机会。

　　自2013年迄今，腾讯WE大会已连续举办9届，共邀请近80位世界顶尖科学研究者登台。王朝阳说，WE大会为科学工作者提供了一个让大家了解的平台，展示那些已经发生的、正在发生的和未来发生的技术如何影响着文明的进步。