新電池結構讓飛行汽車成為可能

　　相關技術將亮相北京冬奧會

　　科技冬奧進行時

　　搭載全氣候電池的電動車將在北京冬奧會上亮相。在嚴寒地區連續三年進行的實地車隊試驗，已經充分驗證了這種新型電池的性能和壽命。

　　“鋰電池不耐低溫問題，已經得到解決。” 這項電池技術，來自美國國家發明家科學院院士王朝陽。他是動力電池、儲能與燃料電池技術科學家。11月6日，王朝陽在騰訊WE大會上指出，儲能技術是實現“雙碳”目標和能源革命的關鍵核心技術，具有重大的戰略意義。

　　電池無處不在，新的電池技術，往往成為新產業崛起的關鍵。但是，200年來，電池結構其實沒有太大變化。

　　它由三種材料構成：負極材料、正極材料以及隔開兩者的電解液。

　　這種結構自然地形成了兩個界面：一個存在于正極材料和電解液之間，另一個在負極材料和電解液之間。兩種界面之間存在著電勢差，也就給出了電池的電壓。

　　“無論我們是否在使用電池，電池內的反應界面一直在勤奮和活躍地工作。”王朝陽說，這也是電池有安全隱患和衰老的根本原因。

　　鋰電池非常怕冷，電動汽車在冬天可能“趴窩”：續航里程變短，也難以充電。

　　電池材料自身無法同時滿足低溫高活性和高溫穩定性。工程師要給電池增加一套熱管理系統，來保障電池的安全。這樣一來，又會增加電池重量、體積和成本。

　　有沒有一種電池，不工作的時候可以把反應界面關掉一些，提高安全性；工作的時候再把界面調大調強，給出所需要的高功率？

　　王朝陽的團隊一直在尋找和探索這種可調控界面的電池。

　　他們已經發明了一種全氣候電池，相關文章刊發在《自然》雜志上。不增加電解液的可燃性，也不改變電極材料的熱穩定性，他們在電池內部植入一片10微米厚度的鎳箔作為發熱體。利用電池自帶的能量，再加上一個開關，就可以隨意調控電池的活性。哪怕在零下30攝氏度的環境里凍透的電池，只需30秒時間，就能自加熱到零度以上正常工作。

　　這一技術，已被2022年北京冬奧運會采用，成為驅動奧運電動汽車的核心技術之一。

　　加一片鎳箔，聽起來是相當簡單的方法。王朝陽告訴科技日報記者，它背后有曲折的探索過程。團隊嘗試過各種各樣的方法，各種各樣的材料：有的安全性差，有的能量轉化效率低，有在實驗室做得非常漂亮，但產業化時還是不行……“經過了20多年，我自己的感受是，簡單就是美。真正有實用價值的科學發現，最后都是極致的簡單。”王朝陽感慨，“創新需要堅持和毅力，這么多年，我們團隊一直在追蹤電池和儲能的問題。”

　　基于熱調控原理，團隊還發明了10分鐘快充電池。王朝陽認為，10分鐘快充電池的應用和推廣，是電動汽車發展的一個重要里程碑——快速補能可以讓電動車主擺脫里程焦慮。

　　王朝陽的夢想，是退休前能坐飛行汽車上班。在接受科技日報記者采訪時，王朝陽指出，飛行汽車中最大的技術問題，還是電池。飛行汽車對電池的要求相當高，它必須在每次降落以后馬上對電池進行快速補能。“目前我們的實驗已證實了10分鐘快充電池用于飛行汽車的可行性和經濟性。”

　　其實，電池快充和高能量密度都是科學上的重大難題。王朝陽認為，真正意義上的解決方案，應該經過同行評議，刊發在科學期刊后，由第三方驗證可重復，然后市場給出量產方案。“這才是靠譜的。”他強調，電池和儲能是新能源時代和智能社會最重要的基礎技術之一，在未來的十年將迎來巨大的創新機會。

　　自2013年迄今，騰訊WE大會已連續舉辦9屆，共邀請近80位世界頂尖科學研究者登臺。王朝陽說，WE大會為科學工作者提供了一個讓大家了解的平臺，展示那些已經發生的、正在發生的和未來發生的技術如何影響著文明的進步。