新能源车电池的“续命术”:复旦大学的突破性研究带来新希望!

如今,新能源车的渗透率已经非常高,但还是有不少人对电动车保持观望态度。原因大家都懂,除了安全性等因素,电池寿命问题绝对是大家关注的焦点——毕竟我们平时用的手机电池几年后都能“续航尿崩”,那车上的电池岂不是得崩得更快?

到时候,不仅电池换不起,卖车还会贬值,谁能不担心呢?

但!重磅消息来了!就在前几天,复旦大学的科学家们在《Nature》上发布了一篇惊艳全球的研究,直接让锂电池行业沸腾了。

“电池打针”让你不再担心寿命衰减!

这篇研究的核心观点简单来说就是,给电池“打针续命”。你没听错,就是为老电池注射一剂“续命水”,让它重生,恢复到接近出厂状态,性能直接回到巅峰,续命效果不仅是提升100公里,甚至可以是 +1000公里!

刚看到这个新闻的时候,大家肯定也会被震惊:如果真能实现,那岂不是比油车的燃油宝还牛逼?不过,我们本着严谨的态度,还是得深入研究一下《Nature》原文,看看这个“打针术”究竟是怎么回事。

电池的“折寿”原理:为什么电池越来越没劲儿

首先,咱们简单回顾一下传统锂电池的“短命”原理。电池充放电的过程,其实就是锂离子在正负极之间来回奔波,但使用时间一长,锂离子就开始“掉队”。这些锂离子本该去阳极放电,但途中可能会和其他元素反应,或者在负极沉积成枝晶,导致短路;有时,它们还会与电极材料反应形成固体SEI膜,影响电池的性能。总之,随着时间推移,能做事的锂离子越来越少,电池自然也就没劲儿了。

更麻烦的是,传统的电池材料只适合承载锂离子,比如石墨这种多孔材料,但如果锂离子都跑到石墨电极里,材料体积会膨胀,影响电池寿命。其他结构稳定的材料因无法容纳锂离子,只能说毫无用处。

以前我们谈论电池技术进步,都是讲电极材料如何改良,但复旦的科学家却开了个新思路:如果电池“不行了”,那我们干脆给它打针补锂,直接补充锂离子不就完了吗?

复旦大学的创新:AI帮助选分子,给电池打针补充锂

这个想法虽然简单粗暴,但实现起来可不容易。首先,补充的物质必须与电池内部的化学环境发生反应,而且这反应得满足很多苛刻条件。比如,反应必须在电池的电压范围内进行(一般在2.8-4.3V之间),而且反应要不可逆,不然补充进去的锂离子会再次被消耗掉;反应后的产物还得能够顺利从电池排出,不影响电池的原有环境。

这些条件加起来,简直是天方夜谭!但现在,我们有了AI的帮助,问题就变得不那么棘手了。复旦的科学家们首先按照有机电化学理论挑选出240种可能的分子,然后将这些分子的特性告诉AI,AI再根据计算结果选出最合适的分子。

经过这番操作,科学家们终于找到了一个理想的分子——LiSO₂CF₃。这个分子可以说是电池的“能量包”,它本身就含有锂元素。当电池容量开始衰减时,只需给电池注射这个“电池宝”,它会在充电电压达到2.8V以上时释放出锂离子,补充电池损失的锂元素。

更厉害的是,LiSO₂CF₃分解后的产物是二氧化硫和氟碳气体,这些气体会迅速排出电池外部,完全不会污染电池内部环境。

实验效果震撼:电池寿命得到极大延长

科学家们在实验室里尝试了这种新技术,效果超出预期。他们用一块容量已衰减到85%的磷酸铁锂电池,注射了“电池宝”之后,电池容量不仅恢复,且在1824次循环后,容量保持了99.6%。更夸张的是,在11818次循环后,容量仍然高达96.0%,仅掉了3个百分点。

对比一下,普通的磷酸铁锂电池最多只能支持3000次循环,但经过这种“电池宝”修复后,电池可以循环11818次,剩余容量仍高达96%。按每天充电一次计算,这个电池的使用寿命竟然可以达到32年,超过了车的使用寿命。以后怕是车都报废了,电池还能拆下来当充电宝用。

而且,根据测算,这种修复的成本仅为新电池制造成本的1/150,这简直就是哈利波特的魔术啊!

电池材料的天花板被突破:新能源车续航将大幅提升

这项技术不仅修复了电池,还让电池材料选择的天花板被打破。以前因为“锂存不住”的材料,比如硫化聚丙烯腈等便宜大碗的材料,现在也能重新使用。在实验中,科学家们将电池的正极材料全换成不含锂的硫化物,然后在电解液中加入LiSO₂CF₃。结果,电池性能大幅提升,能量密度从传统锂电池的200-300Wh/kg暴涨到1192Wh/kg,比特斯拉的4680电池还高出三四倍!

如果这种技术应用到电动车中,续航可能突破2000公里,充电焦虑将不再是问题,甚至连加油站老板可能都得转行做充电桩了。

不过,兄弟们也别上赶着就去买电车。虽然这项技术已经取得了巨大进展,但它仍然处于实验室阶段,离实际量产还有一段距离。如果全靠高级技工进行手工操作,每天能生成个10辆就不错了。所以,虽然AI的帮助使研发进程大大加快,但这项技术的持续进展仍需要大量的人力和时间。

此外,虽然这项技术在缓解锂枝晶问题上有所突破,但并没有彻底解决短路等老问题。而且,电解液的消耗和SEI膜的生成等问题也还没有得到完全解决,再加上每次补锂都会排出二氧化硫和氟碳气体,如何处理这些废气也将是一个环保问题。

总的来说,复旦大学的这项研究为电池行业开辟了一个全新的方向。过去,我们修电池就像给破屋补漏,越修越差;现在,复旦的研究让电池“边用边修”,而且修得越来越好。按照这个趋势发展,或许几年后,我们就能看到具有自我修复功能的电池出现在你的电动车上。

如果你正在考虑是否购买新能源车,现在不妨加紧做个决定。等这项技术和固态电池量产之后,新能源车或许会迎来新一轮的“狂暴模式”。到时候,油车加油站的未来,怕是要面临转型的大考验了!

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