當(dāng)前，全球車輛趨于向電動化發(fā)展，以及國家“碳達峰、碳中和”政策的目標(biāo)下，無論是國際上，還是中國本土，車輛電動化已經(jīng)進入快速發(fā)展階段。

得益于電池技術(shù)的不斷突破，材料方面：三元高鎳，硅碳負極，高壓電解液等的開發(fā)利用，使得電芯的能量密度在緩慢的突破；結(jié)構(gòu)方面，比亞迪的刀片電池，蜂巢的短刀片電池，寧德時代的CTP、CTC等技術(shù)的應(yīng)用，使得電池包能夠在單位體積內(nèi)有更大能量的釋放。這些似乎讓里程焦慮有些許緩解。而在電性能方面，與續(xù)航里程同樣至關(guān)重要的那便是快充問題。

北京理工大學(xué)電動車輛國家工程研究中心楊曉光教授，賓州州立大學(xué)王朝陽院士等人在Cell子刊One Earth上發(fā)表了評論性文章“Advancements in extreme fast charging to foster sustainable electrification”（直譯：極快充電技術(shù)的進步促進了可持續(xù)電氣化）。文章指出：車輛全面電動化轉(zhuǎn)型面臨著包括：成本、原材料、碳排放等可持續(xù)性挑戰(zhàn)。作者認為極速充電技術(shù)，同時搭配中小型電池包是解決以上挑戰(zhàn)、實現(xiàn)全面電動化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)路線。

圖片來源：One Earth官網(wǎng)

越來越多的國家開始逐漸禁止銷售內(nèi)燃機汽車，過去幾年見證電動汽車了前所未有的市場滲透率。即使在新冠疫情下，全球電動汽車年銷量也從2019年的210萬輛增長到2021年的560 萬輛，翻了一番還多。盡管如此，電動汽車仍僅占汽車年銷量的7%。要完全實現(xiàn)電動化出行，還有很長的路要走。

小編在文章開始就提到的里程焦慮問題，在論文的第一部分也同樣提到了，這里不再贅述。

快充帶來的可持續(xù)發(fā)展?jié)摿?/span>

快充其實是消除里程焦慮的另一種有效方法。據(jù)統(tǒng)計，即使快充的使用頻率不高，利用快速充電站的司機也可以行駛更長的里程。全世界都在競相建設(shè)快速充電站，美國和歐洲正在積極推動極速充電（XFC）技術(shù)的開發(fā)，通過>350 kW的充電器，充電10分鐘即可增加200 英里的行駛里程。盡管車輛工程、充電基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)經(jīng)濟性是開發(fā)XFC的重要因素，但是電池本身仍然是電動汽車快速充電能力的限制因素。

充電功率、充電倍率與荷電狀態(tài)的關(guān)系（圖片來源：One Earth論文）

XFC可能是解決里程焦慮和電池組大小之間兩難境地的解藥。也就是說，一輛電動汽車可以用小電池塊滿足日常通勤需求，在長途旅行中可使用XFC來快速補充電量。

如下圖所示，文中比較了使用不同電量電池包的電動汽車從鹽湖城到丹佛的行駛時間。由圖可知，雖然45 kWh電池的續(xù)航里程有限，在行程中需要四次充電，但總續(xù)航時間與其他兩款大電量電動汽車非常相似，僅比傳統(tǒng)ICE車多27分鐘，這表明其在消除里程焦慮中的巨大潛力。此外，更小的電池意味著具有更低的成本、與材料相關(guān)的挑戰(zhàn)更少、與制造相關(guān)的碳排放量更低。因此，XFC和小型電池搭配的戰(zhàn)略符合可持續(xù)性發(fā)展的目標(biāo)。

不同電量電池包所消耗時間的比較（圖片來源：One Earth論文）

快充的劣勢

雖然快充可以具有多種優(yōu)點，但它還不完美?？斐?/span>時鋰電池面臨的最關(guān)鍵挑戰(zhàn)是：金屬鋰在快充時沉積在石墨表面，而不是嵌入石墨中。這會大大縮短電池壽命，并且在極端情況下會導(dǎo)致內(nèi)部短路，從而導(dǎo)致爆炸燃燒等災(zāi)難性后果。

從根本上說，析鋰過程本質(zhì)上是三個物理化學(xué)過程相互競爭的結(jié)果：1. 電解質(zhì)中的離子轉(zhuǎn)移；2. 石墨-電解質(zhì)界面處的反應(yīng)；3. 石墨顆粒中的固相擴散。所以XFC技術(shù)需要在材料、結(jié)構(gòu)和電芯層面進行協(xié)同改進，以應(yīng)對與退化、安全和壽命相關(guān)的挑戰(zhàn)。

熱調(diào)控—快充的法寶

防止析鋰的一種有效的方法是熱調(diào)控。較低的溫度會加劇析鋰，而較高的溫度會加速材料老化。通過數(shù)值分析，作者發(fā)現(xiàn)電池的最佳溫度隨著充電倍率和電池能量密度的增加而增加。 最近，作者報道了一種非對稱溫度調(diào)控方法，該方法將電池快速加熱至較高的溫度（~60°C）進行充電，放電或儲存則在低溫環(huán)境中。溫度的升高顯著提高了傳質(zhì)和反應(yīng)速率，消除了快充時的析鋰。另外，短時間的高溫并不會使材料快速老化。

總結(jié)

快充可以同時結(jié)合縮小電池尺寸（即減小車輛所載電池包的大?。?、降低電池成本、降低材料消耗和減少溫室氣體排放來實現(xiàn)向電動汽車的可持續(xù)過渡。

快充基礎(chǔ)設(shè)施的部署除了滿足技術(shù)要求外，還必須符合更廣泛的可持續(xù)性目標(biāo)。包括：可負擔(dān)性、易使用性、土地使用的變化和生態(tài)完整性。

材料、結(jié)構(gòu)、電池和充電策略水平的協(xié)同改進對于使電池擺脫權(quán)衡取舍是至關(guān)重要的。

附：原文鏈接

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2590332222000975

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