在剛剛過去的周末里,特斯拉公布了一個好消息:平價車型Model 3的動力電池已經正式在內華達州超級電池工廠Gigafactory 1投產,預計7月進行量產。
電池一直是電動汽車的核心技術,因此特斯拉也從未猶豫在其研發上砸錢,甚至在近期將其價格降低到了150美元/千瓦時。
不過,特斯拉的電池依舊有它的“阿喀琉斯之踵”。特斯拉在Model S的說明書中著重強調:
“請不要將Model S置于60°C(140°F)以上或零下30°C(-22°F)以下超過24小時。”
不過,在夏天高溫直射金屬車身、或者冬天大雪不慎掩埋汽車的時候,幾乎所有電動汽車廠商都需要面對極端溫度對電池的不利影響。
這一次,據媒體報道,加州圣迭戈大學的研究者們帶來的抗凍鋰電池,能夠讓我們在零下60°C里放心地開電動汽車了。
美國東部每年冬天的大雪——如果汽車要被掩埋在這樣的大雪里,你是不會選擇買電動汽車的。
“液化氣”電解質——到底有多神奇?
初中物理就對我們講述過,電池的組成部分是正極、負極以及電解質,而電解質一直是提高電池性能的一大瓶頸。
在傳統電池中,我們多數見到的是液態電解質:它們較為安全,同時成本低廉,適合大多數情況下的使用。但是對于科學家來說,液態電解質的研究已經達到了極限;不少人因此把目光轉向固態電解質。
與此同時,孟穎教授(Prof. Shirley Meng)和她的研究團隊卻反其道而行之,使用氟甲烷和二氟甲烷液化氣制作鋰電池和超級電容器的電解質,將這兩種設備的工作溫度分別降低至零下60°C和零下80°C。孟教授及其研究組的論文最近被發表在Science雜志上。
加州圣迭戈大學研究人員測試液化氣電解質的研究人員。
“液化氣電池”的優點還不止低溫這一個:新型電解質的使用也讓電池裝配了“自動開關”。如果電池溫度過熱,液化氣電解質就無法再析出離子,從而將這個電池“關閉”,溫度下降時才能再次“開啟”。
否則,傳統電池中的“熱失控”效應會讓高溫帶來電池內部更多的化學反應,從而使電池因過熱而膨脹、毀壞,甚至危及電池板上的“鄰居”。
這些電池的另外一個優點是延長了傳統鋰電池的壽命。
研究人員表示,盡管鋰一直被認為是作為電池正極的最佳材料,但鋰金屬活性大,使新電解質的開發成為了一個難題。
與傳統電解液反應的鋰金屬會在電極表面形成針尖狀突起,在電極上形成分隔,造成充放電次數過少;而新電解質和鋰金屬的反應較少,并不會形成類似突起,因此延長電池壽命。
可是我并不會在零下60°C開車啊,這些鋰電池該給誰用呢?
盡管新型電池所涉及的低溫工作環境非常少見,孟教授依然對她的研究成果充滿信心。她表示,這些鋰電池不僅能夠讓電動汽車的使用者在極端溫度下更安心,還能夠在天空中“大展拳腳”。
“要想造出性價比更高的電動汽車,更優秀的電池必不可少。當電池和超級電容的溫度適用范圍擴大時,它們能被應用于更多的新興市場中……
我認為我們這項‘不走尋常路’的研究能鼓舞更多科學家和研究者們進行這一領域的研究開發。”
NASA噴氣推進實驗室的兩位科學家們站在火星車原型中間。這些原型最終發展出了旅居者號、勇氣號、機遇號、好奇號等火星車。
文章的第一作者,博士后Cyrus Rustomji也表示:
“火星車的工作溫度非常低,現有的大部分電池都難以達到;而我們研發的新型電池能夠在不添加龐大、貴重的加熱設備時滿足其要求。”
研究人員信心滿滿地表示,他們下一步要實現鋰電池在更低溫度下(零下100°C)工作的目標,為火星探測,甚至木星、土星等深空探測裝置提供全新供能技術。