在冰点以下温度将电动汽车充电速度提高 5 倍：利用 Interface Engineering 实现极速充电
在冰点以下温度将电动汽车充电速度提高 5 倍
发布时间： 2025年4月1日 联系方式：
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一种电极上的稳定涂层与微型通道相结合，有助于解决续航里程和充电速度之间的权衡问题，即使在寒冷的天气中也是如此
工程专业的学生 Chloe Acosta 在密歇根大学北校区下雪天气中插入电动汽车进行充电。电动汽车充电在寒冷天气中效率降低，但一种新的电池电极制造策略可以在低至 -10 摄氏度的温度下实现 10 分钟充电。图片来源：Marcin Szczepanski，Michigan Engineering
研究：通过 Interface Engineering 和 3D 架构在零下温度下实现锂离子电池的 6C 快速充电 (DOI: 10.1016/j.joule.2025.101881)
密歇根大学工程师开发了一种改进的电动汽车电池制造工艺，可以在寒冷天气中实现高续航里程和快速充电，从而解决了让潜在电动汽车买家望而却步的问题。
“Neil Dasgupta说：“我们设想这种方法可以被电动汽车电池制造商采用，而无需对现有工厂进行重大改造。” Neil Dasgupta 是密歇根大学机械工程和材料科学与工程的副教授，也是发表在 Joule 上的这项研究的通讯作者。
Neil Dasgupta
“我们首次展示了一种在不牺牲锂离子电池能量密度的情况下，同时在低温下实现极速充电的途径。”
以这种方式制造的锂离子电动汽车电池在低至 14 华氏度（-10 摄氏度）的温度下可以快 500% 的速度充电。该团队展示的结构和涂层阻止了电池电极上形成阻碍性能的锂镀层。因此，经过这些改进的电池即使在非常寒冷的温度下快速充电 100 次后，仍能保持 97% 的容量。
目前的电动汽车电池通过液体电解质在电极之间来回移动锂离子来存储和释放电能。在寒冷温度下，这种离子的运动会减慢，从而降低电池功率和充电速率。
为了延长续航里程，汽车制造商增加了电池单元中使用的电极的厚度。虽然这使他们能够承诺更长的充电间隔，但它使得一些锂难以访问，从而导致充电速度变慢，并且在给定的电池重量下功率更小。
此前，Dasgupta 的团队通过在阳极（anode）中创建约 40 微米大小的通路来提高电池充电能力，阳极是在充电期间接收锂离子的电极。通过用激光轰击石墨进行钻孔，使锂离子能够更快地找到容身之处，即使在电极深处也是如此，从而确保更均匀的充电。
这大大加快了室温充电速度，但冷充电仍然效率低下。该团队确定了问题：由电极表面与电解质反应形成的化学层。 Dasgupta 将此行为比作黄油：无论黄油是热的还是冷的，你都可以用刀穿过它，但当它冷的时候会困难得多。如果您尝试通过该层进行快速充电，锂金属会像交通堵塞一样在阳极上堆积。
“一旦形成镀层，就会阻止整个电极被充电，再次降低电池的能量容量，”密歇根大学机械工程高级研究员兼该研究的合著者 Manoj Jangid 说。
该团队需要阻止该表面层的形成。他们通过用大约 20 纳米厚的由硼酸锂碳酸盐制成的玻璃状材料涂覆电池来实现这一点。添加这种涂层大大加快了冷充电速度，并且当与通道结合使用时，该团队的测试单元在冰点以下温度下的充电速度提高了 500%。
“通过 3D 架构和人工界面之间的协同作用，这项工作可以同时解决低温快速充电以实现长距离驾驶的三难困境，”机械工程博士应届毕业生兼该研究的第一作者 Tae Cho 说。
在过去的二十年中，随着消费者寻求更好的环境选择，电动汽车在道路上变得越来越普遍，但是美国汽车协会 (AAA) 的调查结果 表明，这种势头很难维持。从 2023 年到 2024 年，美国成年人“可能”或“非常可能”购买新的或二手的电动汽车的比例从 23% 下降到 18%。
63% 的人表示，他们“不太可能”或“非常不可能”将电动汽车作为他们的下一辆车购买。部分担忧是冬季续航里程下降，以及充电速度变慢，这在 2024 年 1 月的寒潮期间被广泛报道。
“即使是激进的快速充电，为电动汽车电池充电也需要 30 到 40 分钟，而且在冬季，这个时间会增加到一小时以上。这是我们想要解决的痛点，”Dasgupta 说。
后续的工厂就绪流程的开发工作由密歇根经济发展公司通过密歇根转化研究和商业化 (MTRAC) 先进运输创新中心资助。
这些设备是在密歇根大学电池实验室中制造的，并在密歇根材料表征中心进行了研究。
该团队已在密歇根大学创新合作伙伴关系部门的帮助下申请了专利保护。 Arbor Battery Innovations 已获得渠道技术的许可，并正在努力将其商业化。 Dasgupta 和密歇根大学在 Arbor Battery Innovations 中拥有经济利益。
