1.1 快速充电模型与技术

快速充电也是现在电池技术的难题。电池损耗的重要原因是在充放电过程中，正负电极在吸收和释放电解质里离子时自身的膨胀和收缩。在充放电过程中，电极纳米粒子会相对统一地吸收和释放离子。但是如果只有少部分粒子吸收了所有离子，电极就会加速损坏，减少电池寿命。学者们利用不同的电流对电池组进行不同时长的充电，然后迅速将它们分离并阻止充电/放电过程，还将电极切成薄片，并利用同步加速X射线检测。科学家对锂电池电极里微小粒子行为的研究显示，对电池快速充电，然后用于高功率快速耗电的工作，对电池的损伤没有人们预想的差，而缓慢充电和耗电所带来的益处可能也被过度夸大，快速充电电池电极里微小粒子模型如图1-4所示。这项结果挑战了有关快速充电比缓慢充电对电极要求更高的观点。科学家可能改变电池电极或改变充电方式，以提升统一的充电和放电过程，从而延长电池寿命。在充放电过程中电极变化细节只是确定电池寿命的众多因素之一，但这一因素在这项研究之前尚未被完全理解。他们发现了电池老化的新证据，可优化商业锂电池氧化物和石墨电极。他们研究了上千个电极纳米粒子，在不同条件下对充放电过程进行详细分析，获得充放电过程中动态表征，如图1-4所示。在保证较长电池寿命的前提下，这表明优化电极可实现更快的充放电速率。通过上千次循环运行电极，能够拍摄电池在充放电过程中的实际情况，这个过程在同步加速器同X辐射源里进行。他们正与工业界密切合作，探寻如何在电动车辆领域应用快速充电。

科学家研制了纳米多孔电池，只需12min可完全充满，较目前长达数小时的充电周期大幅缩短。这种电池内部纵向排列了数以百万计的纳米孔，每一纳米孔均内含固态电解质，两端作为阴阳极，也就是说，每一个纳米孔都是一个微型电池，它们组成纳米阵列进行充放电。研究人员将能量存储材料覆盖在纳米孔的两端，然后加入电解质，使每个独立纳米孔都成为一个电池。其最大优势在于能够快速充电，并且储存能量将提升10倍，在快充状态下能循环7000次，该电池相比传统电池，不仅容量大，而且充电速度大幅加快，循环寿命长。这将给电动车辆带来重大创新。

图1-4 快速充电过程电池动态模型