特斯拉通過旗下加拿大電池研究小組,在世界著名期刊《焦耳》4月刊上,以用鋰金屬代替石墨循環化成鋰離子/鋰金屬混合電池(Cycling Lithium metal on Graphite to Form Hybrid Lithium-Ion/Lithium metal Cells)為題,發表了有關鋰離子/鋰金屬混合電池的最新研究結果,未來可以應用到生產增程式純電動汽車之上。
該研究是由加拿大達爾豪斯大學的杰夫·達恩(JeFF Dahn)教授及其團隊進行的,包括他的學生Matthew Genovese、A.J.Louli、Rochelle Weber和Cameron Martin(后兩位直接就職于特斯拉)。達恩是國際著名的鋰離子電池研究專家,2016年與特斯拉展開合作,后者為特斯拉高級電池研究部門領導的達爾豪斯大學研究小組提供研發資金。
通常,談及增程電動汽車時,我們指的是那些可以通過小型汽油發動機作為發電機為電池組充電,電池組再提供驅動力的電動汽車,從而實現更大的續航里程。寶馬i3 Rex就是其中一個很好的范例,配備了一塊電池組,可以實現203公里純電行駛里程,再加上內燃機可以將續航里程擴展到320公里。
現在,在特斯拉電池研究小組發布的新論文中,也提出了類似的概念,但卻是純電動設計,這是一種新型電池,融合了鋰離子電池的壽命優勢和鋰金屬電池的高能量密度:“增加電池的能量密度將降低電動汽車的成本并實現更長的續航里程。用鋰金屬代替傳統鋰離子電池中的石墨陽極會大大增加能量密度。然而,由于鋰金屬陽極有著容量損失快和電池壽命短的弊端,為了開發具有更長使用壽命的高能量密度電池,我們提出了一種專門在石墨上電鍍鋰金屬來實現的鋰離子/鋰金屬混合電池。盡管常規鋰離子電池中不需要的鋰電鍍層通常是一種衰減機制,但我們使用優化的雙鹽電解質在石墨上實現了可逆鋰電鍍層。此外,由于電池通常無法在至100%容量下循環使用,因此在周期性充滿電的鋰金屬循環下,這些混合電池可以以鋰離子模式工作,同時在其大部分壽命中幾乎都不會出現衰減,從而實現擴容。”
研究人員還介紹了純電動汽車使用此技術的應用場景:“如果使用傳統鋰離子電池的電動汽車續航里程達到400公里,那么混合電池則可以行駛480公里。通過將混合電池的最高截止電壓設置在鋰離子模式下運行,平均電池電壓和輸送容量將會下降。因而,以鋰離子模式運行混合電池,可以提供50 Wh/L的能量密度,比傳統的鋰離子電池低約25%。這樣將會產生300公里的續航里程。在一項針對電動汽車駕駛行為的研究中顯示,每天出行的平均比例只有1%超過325公里。因此,按照測試規程,對于大多數車主來說,大多數情況下以鋰離子模式運行混合電池實現300公里的續航里程,偶爾使用鋰金屬模式進行400公里以上的長途旅行,應該是可行的。”
目前,這項研究仍處于早期階段,盡管已經證明了混合電池性能有顯著提高,但距離實際應用仍可能要有很長的路要走。但是,自從特斯拉在2013年申請鋰離子/鋰金屬混合電池專利以來,這并不是特斯拉第一次探索混合電池技術。
如果實現的話,混合電池可能成為真正的大殺器。目前,大多數特斯拉車主及其他長續航電動車車主每天都在拖著數百公斤的電池,實際上他們一年中只用到了幾次。這種電動汽車新電池將使車主能夠在通勤時實現更高的效率,同時保持其電池組的使用壽命。