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未来展望:新型锂离子电池将可在0℃低温下高效运行

点击次数: 更新时间:2016-02-16 13:02:04【打印】【关闭】

       美国宾夕法尼亚州立大学的研究小组开发出一种具有快速自发热功能的锂离子电池。这一新型电池的出现有望弥补传统锂离子电池在0℃以下低温环境中性能下降、掉电快的短板,让电子产品在低温环境中高效运行成为可能。

  目前市面上所用的锂离子电池重量轻、能量密度高、无公害、无记忆效应,经过几十年的发展已成为目前最常见的电池产品,无论是手机、笔记本电脑,还是电动汽车中都能看到它们的身影。

        但环境因素对锂离子电池有着一定程度的影响, 在所有的环境因素中,温度对电池的充放电性能影响最大。目前市场上所用的锂电池通常情况下,锂离子电池的极限环境温度为-20℃~60℃,而0℃~40℃是最合理的工作环境,循环性能优越、可快速充放电、充电效率高达100%,而且输出功率大。


        因为温度低于0℃之后,会影响电解液的传送速度,温度上升则加快,传送温度下降,传送减慢,电池充放电性能也会受到影响。但温度太高,超过45℃,会破坏电池内的化学平衡,导致副反应。一旦置身0℃以下的低温环境,电池性能就会大幅下降,使用设备相应的待机时间也会显著缩短。虽然这个问题可以通过在电池上增加额外的加热器或保温材料来部分解决,但如此一来会增加电池的重量和体积,尤其对如无人机等对重量敏感的设备而言,效果并不理想。

 

  新研究通过改变传统锂离子电池结构的办法破解了这一难题。宾夕法尼亚州立大学的王朝阳和他的同事发表在最新一期《自然》杂志上的论文称,他们在电池中加入了通电后能发出热量的镍箔。经过特殊的设计,只要环境温度低于0℃,电池中一部分电流就会改变流向,流过镍箔,产生热量,像一片能反复利用的“暖宝宝”一样为电池保暖;而一旦电池内部温度超过0℃,流向“暖宝宝”的电流就会被切断,让电池恢复到普通工作状态。

  在实验中,研究人员将电池从零下30℃加热到0℃,整个过程只要半分钟,同时消耗电池5.5%的电量。与低温中性能下降造成的电量损失相比,这个数值微不足道。

  研究人员称,由于只有一小部分能量用于自身加热,除普通的消费电子产品外,这种新型电池结构未来还有望在电动汽车、极地与太空探索中获得应用。