鎳箔加熱方案助力科學家打造下一代高性價比eVTOL快充電池

隨著電動垂直起降(eVTOL)概念的興起,該行業對於電池性能的獨特要求,也帶來了極大的挑戰。與在道路上馳騁的 EV 動力電池相比,我們除了能量密度和輸出功率,還需考慮到 eVTOL 電池在快充效率、循環壽命、以及最重要的電池安全性等方面的表現。

鎳箔加熱方案助力科學家打造下一代高性價比eVTOL快充電池

研究配圖(來自:Cell / Joule)

近年來,我們已經見到越來越多的 eVTOL 項目。其主打短途城市空中交通服務,以避開地面道路的擁堵。

除了優化載具的機身設計,各維度表現均相當優異的 eVTOL 電池,也是此類項目不可或缺的一環。

比如電池的能量密度要高,但體積重要也要相當輕盈。且在起降期間,此類電池又必須能夠輸出足夠高的功率。

好消息是,在《焦耳》期刊上發表的一篇文章中,賓夕法尼亞州立大學汽車、機械、化學材料工程師,兼電化學動力中心主任的 Chao-Yang Wang 表示:

其研究的帶有鎳箔的鋰離子不僅能夠快充,還可維持 80 公里的續航里程。

而要達成合理的成本目標,eVTOL 必須能夠承受在早晚尖峰時段的 15 次出行。

比如從一個城市到某一做機場,搭載 3~4 名乘客並飛行大約 80 公里。

但要讓多個方面都達到理想的目標,顯然還有著特別多的牽制。比如快充往往導致電池的循環充電次數較少,而高能量密度又會降低充電速度。

不過現在,其帶領的這支研究團隊,已經開發出了能夠製程 80 公里 eVTOL 續航、能量密度 271 Wh / kg、可實現 5~10 分鍾快充、以及 2000 次充放電循環的原型電池。

鎳箔加熱方案助力科學家打造下一代高性價比eVTOL快充電池

Chao-Yang Wang 表示,他們已經打造出了在商業上可行的第一版 eVTOL 電池。他與同事們耗費了大約 10 年時間,從偶然發現電池的想法、一路走到了完善演示的各種電池原型。

而他們遇到的最大挑戰,就是盡可能降低這些自熱結構的復雜性。為此,科學家們將 10 微米厚度的鎳箔引入了電池,以幫助其迅速升溫至 60 ℃,從而達成最佳快充效率、而不會形成可能刺破內部電芯的鋰枝晶。

此外加熱還有助於緩解 eVTOL 電池在運行時不允許完全放電的問題,因為系統總得預留一部分電量,以應對起降階段的大功率用電需求。

但當電池電量耗盡之時,其充電電阻也相對較低。當剩餘電量越多時,充電速度也會越慢。慶幸的是,在加熱 eVTOL 原型電池的時候,我們發現這有助於其快速釋放剩餘能量,並迅速啟用快速充電。

Chao-Yang Wang 表示,這項自加熱技術的速度為每秒 1~5 ℃ 。即便溫度每升高 10 ℃,其能量消耗也僅為 0.8% 。

與此同時,嵌於 eVTOL 電池的鎳箔,只會增加不到 1.5% 的重量體積、以及不到 0.3% 的額外成本。

目前研究團隊正嘗試將這套方案運用於更高能量密度的電化學應用,且他們的目標是打造出能量密度高達 350~400 Wh / kg、支持 5~10 分鍾快充、且成本低至 50 美元 / kWh 的下一代 eVTOL 電池。

來源:cnBeta