宾州电池和储能技术中心的一个团队开发了一种安全、高功率、可持续100万英里的锂离子电池。

电动汽车电池通常需要在安全和能量密度之间进行权衡。 如果电池具有高能量和功率密度,这是上坡驾驶或合并在高速公路上所必需的,那么电池有可能在错误的条件下着火或爆炸。 但能量/功率密度低,因此安全性高的材料往往性能差。 没有任何材料能满足两者。 因此,电池工程师选择性能超过安全。

“在这项工作中,我们决定采取一种完全不同的方法,”机械、化学和材料科学与工程教授王朝阳和宾夕法尼亚州立大学机械工程系主席William E.Diefenderfer说。 我们把我们的战略分为两个步骤。 首先,我们希望用高度稳定的材料建造一个高度稳定的电池。”

他们的第二步是引入即时加热。 大约四年前,王开发了一种自热电池,以克服寒冷气候下性能差的问题。 与外部加热器所需的时间相比,电池使用电流以秒为单位加热。 通过将电池从室温加热到大约140华氏度-60摄氏度-电池的反应性得到即时提高,因为动力学定律是反应性随温度呈指数增长。

他说:“有了这两个步骤,当电池不被使用时,我就能获得很高的安全性,当电池是高功率的时候。”

自热电池被称为“全气候电池”,已经被包括宝马在内的几家汽车公司采用,并被选择为一支由10,000辆汽车组成的车队提供动力,这些车辆将用于在下一届北京冬奥会期间在之间运送乘客。

最佳中心使用钉子穿透设备测试电池的安全性。 他们把钉子钉进电池,导致短路。 然后他们监测电池的温度和电压。 钝化电池的温度差为212度F-100度C,与标准电池相比,F-1000度C为1,832度,这是一个巨大的进步。

因为它们的电池是用稳定的材料建造的,所以它们的循环寿命很长。 即使在华氏140度,它们的周期数也超过4000,也就是说超过了一百万英里。

该团队的下一个项目将是开发固态电池,这也可能需要加热。

目前的工作发表在《科学进步》杂志上,题为“锂离子电池安全和高性能的新方法”。 王的合著者是研究助理教授山海阁、冷永军和杨小光,博士生滕柳、瑞安龙尚、岳高和王代伟。 彭州机械和化学工程教授王东海也参加了这项工作。