1.1 快速充電模型與技術

快速充電也是目前電池技術的難題。電池損耗的重要原因是在充放電過程中，正負電極在吸收和釋放電解質里離子時自身的膨脹和收縮。在充放電過程中，電極納米粒子會相對統一地吸收和釋放離子。但是如果只有少部分粒子吸收了所有離子，電極就會加速損壞，縮短電池壽命。學者們利用不同的電流對電池組進行不同時長的充電，然后迅速將它們分離并阻止充/放電過程，然后將電極切成薄片，并利用同步加速X射線檢測。科學家對鋰電池電極里微小粒子行為的研究表明，對電池快速充電，然后用于高功率快速耗電的工作，對電池的損傷沒有人們預想的差，而緩慢充電和耗電所帶來的益處可能也被過度夸大，快速充電電池電極里微小粒子模型如圖1-4所示。這項結果挑戰了有關快速充電比緩慢充電對電極要求更高的觀點。科學家可能改變電池電極或改變充電方式，以改進統一的充/放電過程，從而延長電池壽命。在充/放電過程中電極變化細節只是確定電池壽命的眾多因素之一，但這一因素在這項研究之前尚未被完全理解。科學家還發現了電池老化的新證據，可優化商業鋰電池氧化物和石墨電極。他們研究了上千個電極納米粒子，在不同條件下對充放電過程進行詳細分析，獲得充放電過程中動態表征，在保證較長電池壽命的前提下，發現優化電極可實現更快的充放電速率。科學家正與工業界密切合作，探尋如何在電動車輛領域應用快速充電。

圖1-4 快速充電過程電池動態模型

科學家研制了納米多孔電池，只需12min可完全充滿，較目前長達數小時的充電周期大幅縮短。這種電池內部縱向排列了數以百萬計的納米孔，每一個納米孔均內含固態電解質，兩端作為陰陽極，也就是說，每一個納米孔都是一個微型電池，它們組成納米陣列進行充放電。研究人員將能量存儲材料覆蓋在納米孔的兩端，然后加入電解質，使每個獨立納米孔都成為一個電池。其最大優勢在于能夠快速充電，并且儲存能量將提升10倍，在快充狀態下能循環7000次。該電池相比傳統電池，不僅容量大，而且充電速度大幅加快，循環壽命長，這將給電動車輛帶來重大創新。