近日，一股新冷空氣將影響我國中東部地區(qū)，帶來4-6℃降溫，局地降溫8℃以上。凜冬季節(jié)，不僅我們自己怕冷，各類電子產(chǎn)品也怕冷，比如蘋果手機會“凍得”關(guān)機，電動汽車續(xù)航大幅縮水，嚴重影響使用。
那么，這些“數(shù)碼寶貝”為何如此怕冷，有沒有解決辦法?12月3日，在由中國科協(xié)調(diào)宣部主辦，中國科技新聞學會、光明網(wǎng)、北京理工大學共同承辦的科學麻辣燙第四期“電池革命如何重新‘定義’汽車”活動上，記者采訪了北京理工大學材料學院教授陳文杰、北京理工大學機械與車輛學院教授何洪文。
一直以來，科學家都在致力于提升電池“電力”，從鉛酸電池、鎳鎘電池再到現(xiàn)在的鋰離子電池，電池材料不斷變化，電池的能量密度不斷提高。
“和現(xiàn)有的鋰離子電池相比，鋰硫電池的能量密度可以做的更高。” 陳文杰稱，目前其研究團隊正在開發(fā)高性能電池體系，利用新的材料，提升電池的能量密度、循環(huán)性能、功率特性和安全性等。
電池在低溫環(huán)境下的性能狀態(tài)和電池電極材料有關(guān)，陳文杰介紹稱，部分電池的正極材料的低溫性能不好，不適合在低溫的時候放電，電化學反應(yīng)機制在低溫時也會暫停，這是致命短板。
這種短板能否補齊呢?陳文杰告訴記者，科學家在研究中會把溫度特性作為關(guān)注點之一，專門開發(fā)低溫性能特別好的或者說穩(wěn)定的電極材料，并對它評估后做進一步的優(yōu)化。但是，電池電極材料做到非常寬的適用溫度范圍，難度很大。
電池性能為何不能低溫好，高溫也好?陳文杰解釋稱，因為任何一種材料都有一個溫度的適用區(qū)間，理想的狀態(tài)是適應(yīng)任何一個溫度都可以，但現(xiàn)在達不到。研究人員會盡可能通過優(yōu)化材料的配方，把溫度區(qū)間做到更寬。他說，“如果從電池熱管理方面入手，目前可能要比解決材料低溫性能更實際、更有效一些。”
電池熱管理究竟如何解決低溫掉電問題呢?何洪文表示，一方面，可以通過電池的自加熱和電池的低溫阻抗產(chǎn)熱，來提升電池在低溫下的性能。另一方面，在電池外部做絕熱處理，阻止電池熱量的流失。外部絕熱和內(nèi)部的可控加熱結(jié)合起來，實現(xiàn)電池的低溫快速加熱，可以有效緩解電池低溫續(xù)航問題。
“零下20℃加熱到零度的時間只需要20秒左右，但是能量消耗占比還比較高。” 何洪文稱，現(xiàn)在希望充分利用電池自身的特性，提升電池的低溫加熱效率和速率，但這個工作還存在很多挑戰(zhàn)。
動力電池系統(tǒng)的性能不僅取決于單個電池的性能，鑒于動力電池組具有的“木桶效應(yīng)”和充放電末期具有的“掃帚效應(yīng)”，加強對動力電池組的能量、安全、耐久性管理也很重要。何洪文表示，基于模型和數(shù)據(jù)驅(qū)動是對動力電池系統(tǒng)管理狀態(tài)量進行估計的常用方法，通過建立電池的高精度模型，采用先進的估計算法并引入狀態(tài)反饋修正，可以有效保證電池狀態(tài)量的估計精度。(禾支)
受訪專家：北京理工大學材料學院陳文杰
北京理工大學機械與車輛學院教授何洪文
關(guān)鍵詞： 電池
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