《【Advanced Energy & Sustainability Research】电动汽车电池可能一点重量都没有》

  • 来源专题:新能源汽车
  • 编译者: 王晓丽
  • 发布时间:2025-01-06
  • 电动汽车电池的重量是降低行驶里程的因素之一。 根据科学家的计算,只要去掉电池,续航里程就能增加 70%,除了一个很小的细节,那就是没有电池。 科学家们一直在努力开发一种无质量电动汽车电池,也就是说,这种电池不会增加额外的重量,因为它是汽车结构的一个工作部件。

    瑞典查尔姆斯大学的研究小组至少从2007年开始就一直在开发无质量电动汽车电池。关键成分是碳纤维,这种轻质但坚韧的多功能材料也用于制造汽车车身部件。

    早期的努力主要集中在调整碳纤维,使其表现得像电池一样。 随后,人们很快想到将这种技术应用于结构元件。 一旦将碳纤维用作导体,典型电动汽车电池中的铜或铝电流收集器也可以省去,从而大大减轻重量。

    "利用电池组的容器和电池单元本身的刚性,可以减轻车辆的整体重量。 其优势包括每千瓦时电池组的续航能力更强、操控性更好,以及简化车辆组装(从而降低成本)的巨大潜力,"CleanTechnica 的詹妮弗-森西巴(Jennifer Sensiba)早在 2021 年就指出,当时查默斯团队报告了一个新的里程碑。 这并不像看起来那么简单。 为了实现电气和机械因素的高功能组合,研究人员花费了大量心血。 2021 年的突破来自 KTH 皇家理工学院的合作,该学院生产的无质量电动汽车电池的多任务性能是之前迭代产品的 10 倍。

    无质量电动汽车电池的重大里程碑 查莫斯--瑞典皇家理工学院团队报告称,2021 年的能量密度将达到 24 Wh/kg。 如果这看起来相当低,那就是事实。 研究小组计算得出,他们的新型无质量电动汽车电池的容量约为典型锂离子电动汽车电池的 20%。 然而,这些结果足以让人对新一轮的研究充满希望。"但是,由于车辆的重量可以大大减轻,例如,驾驶电动汽车所需的能量就会减少,而且能量密度降低还能提高安全性,"研究小组解释说,"而且,这种结构电池的刚度达到 25 GPa,确实可以与许多其他常用的建筑材料相媲美,"他们补充说。 GPa 是千兆帕斯卡(gigapascal)的缩写,是国际公认的衡量材料抗压能力的单位。 电动汽车电池达到 25 GPa 的硬度是实现项目负责人、查尔默斯大学的 Lief Asp 所描述的 75 GPa 目标的良好开端。 在 75 GPa 的压力下,无质量电动汽车电池将比铝轻得多,但同样坚硬。 Chalmers-KTH 项目的主要目标是探索不同材料之间的相互作用,这也解释了为什么他们只使用碳纤维作为阳极(负极)。 他们使用涂有磷酸锂-铁配方的铝箔作为阴极,分离器由嵌入电解液中的柔性玻璃纤维织物组成。 相关研究发表在Advanced Energy & Sustainability Research杂志上的文章A Structural Battery and its Multifunctional Performance。


  • 原文来源:https://cleantechnica.com/2025/01/02/next-gen-massless-ev-batteries-could-weigh-nothing-at-all/#respond
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    • 编译者:王晓丽
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    • 根据SLAC-斯坦福电池中心(斯坦福大学Precourt能源研究所和SLAC国家加速器实验室的联合中心)的科学家们的一项新研究,电动汽车的电池在现实世界中的正常使用,如繁忙的交通、长途公路旅行、短途城市旅行,以及大多数情况下的停车时间,可能比研究人员通常预测的要长三分之一。 这表明,普通电动汽车的车主可能在未来几年内都不需要更换昂贵的电池组或购买新车。 几乎所有的电池科学家和工程师都会在实验室测试新电池设计的循环寿命,测试方法是先恒定放电,然后再充电。 根据12月9日发表在Nature Energy(Nature Energy)上的研究报告,这并不是预测电动汽车电池寿命的好方法,尤其是对于拥有电动汽车用于日常通勤的人来说。 虽然电池价格在过去15年里暴跌了约90%,但电池仍占新电动汽车价格的近三分之一。"我们一直没有用正确的方法测试电动汽车电池,"该研究的资深作者、斯坦福大学多尔可持续发展学院能源科学与工程系副教授西蒙娜-奥诺里(Simona Onori)说,"令我们惊讶的是,在实际驾驶过程中,频繁加速、刹车给电池充点电、停车去商店买东西,以及让电池休息几个小时,都有助于延长电池的使用寿命,而不是我们根据行业标准实验室测试所认为的那样。" 研究人员设计了四种电动汽车放电曲线,从标准的持续放电到基于真实驾驶数据的动态放电。 研究小组对 92 块商用锂离子电池进行了为期两年多的放电曲线测试。 最终,放电曲线越真实地反映了实际驾驶行为,电动汽车的预期寿命就越长。 研究发现,有几个因素促成了意想不到的长寿命。 研究团队根据收集到的所有数据训练了一种机器学习算法,该算法有助于找出动态放电曲线对电池降解的影响。 例如,研究显示,电动汽车急剧、短暂加速与电池降解较慢之间存在相关性。 这与包括本研究团队在内的电池研究人员长期以来的假设--加速峰值对电动汽车电池不利--背道而驰。 用力踩踏板并不会加速电池老化。   研究小组还研究了多次充放电循环导致的电池老化与时间导致的电池老化之间的差异。 我们的电池工程师认为,循环老化比时间老化更重要。 这主要适用于商用电动汽车,如公交车和送货车,它们几乎总是在使用或充电,"Geslin 说,"对于使用电动汽车上班、接送孩子、去杂货店,但大多不使用甚至不充电的消费者来说,时间成为比循环老化更主要的原因。 这项研究确定了一个平衡时间老化和循环老化的平均放电率甜蜜点,至少对于他们测试的商用电池来说是这样。 幸运的是,这个窗口在消费者实际驾驶电动汽车的范围内。 汽车制造商可以更新他们的电动车电池管理软件,以利用这些新发现,并在实际条件下最大限度地延长电池寿命。 原文链接: Dynamic cycling enhances battery lifetime, Nature Energy (2024). DOI: 10.1038/s41560-024-01675-8. www.nature.com/articles/s41560-024-01675-8
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    • 莫纳什大学的工程师们开发出了一种超高速充电锂硫电池,能够为长途电动汽车和商用无人机供电。这种新型电池的能量密度是传统锂离子电池的两倍,同时重量更轻、价格更低。 随着技术的进一步发展,该技术未来可能成为电动飞机的可行动力选择。 到目前为止,锂硫电池还不具备商业可行性,因为其复杂的化学性质使其充电速度太慢。 这项研究历时十年,发表在 Advanced Energy Materials上,标志着可再生电池技术迈出了变革性的一步,并为实用锂硫原型设定了新的基准。 Maleesha Nishshanke 是论文的第一作者,也是莫纳什纳米科学与工程实验室(NSEL)的博士候选人。她说:"受家用常用消毒剂贝他啶(betadine)化学性质的启发,我们找到了一种加快充放电速率的方法,使其成为一种适用于实际重负荷使用的可行电池。 论文共同第一作者佩塔-约万诺维奇博士认为,锂硫电池可以为商用无人机提供动力,同时使高性能、可持续电动航空的愿景更接近现实。 "约万诺维奇博士说:"这是使锂-S电池成为一种可行选择的重大突破,不仅适用于长途电动汽车,尤其适用于航空和航海等需要快速、可靠、轻质电力的行业。 在电动汽车中,锂-S电池一次充电可多行驶1000公里,同时将充电时间缩短到几小时。 锂-S电池技术通常难以在不快速降解的情况下保持高性能,但这种改变游戏规则的电池可以在不发生故障的情况下处理一次性消耗的大量电能。 研究人员利用硫的独特化学性质制造出了更安全、更高效的电池。 利用新型催化剂,克服了商业化的最后障碍之一--充电速度。研究人员表示:催化剂大大提高了锂-S 电池的 C 速率性能,这已在早期的概念验证原型电池中得到证实。 这使它非常适合需要动态性能的应用,如航空领域,因为在航空领域,电池必须在起飞时处理高C率,并在巡航时有效切换到低C率。 锂硫电池也是传统锂离子电池材料的绿色替代品,因为传统锂离子电池依赖于钴等有限且往往对环境有害的资源。"预计到2028年,全球锂硫电池市场价值将达到2.09亿美元。随着对高性能电池的需求激增,对尖端技术的投资将为创造就业和经济增长带来长远利益。 目前,他们正在改进新的添加剂,有望进一步加快充电和放电时间,同时还在改进减少锂需求量的方法。 原文链接: Maleesha M. Nishshanke et al, Role of Polymer‐Iodine Complexes on Solid‐Liquid Polysulfide Phase Transitions and Rate Capability of Lithium Sulfur Batteries, Advanced Energy Materials (2024). DOI: 10.1002/aenm.202403092