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与 Tesla 有合作关係的加拿大戴尔豪斯大学学者 Jeff Dahn,在国际著名的学术期刊《Joule》,发表了一篇名为《Cycling Lithium Metal on Graphite to Form Hybrid Lithium-Ion/Lithium Metal Cells》的学术文章,阐述如何运用「Hybrid」增程型的纯电池技术,来延长电动车的续航力里程。

增程型动力有听过,但纯电池的增程型动力是什么?

相信网友对于增程型动力应该有相当的认识,例如先前的 BMW i3 Rex 车款,透过内部搭载一具小排气量的燃油内燃机,发电供给至电池组,提供电池组低电量或没电时、得以延长行驶里程的方案。

而由Jeff Dahn 所发表的 Hybrid Lithium-Ion/Lithium Metal Cells(锂离子/锂金属混合型电池),则是在纯电池状态、没有搭配任何内燃机或额外能量辅助的情况下,达到增加续航力的技术,这到底是怎么办到的?

由于该篇学术文章的篇幅相当多,笔者仅就原理层面进行分析,较为技术面细节的内容待日后有机会再详细介绍。首先,Hybrid Lithium-Ion/Lithium Metal Cells 锂离子/锂金属混合型电池的主要概念,是在电池组内,提供有 Lithium-Ion 与 Lithium Metal 两种化学能量模式,再藉由不同模式的循环,达到比传统锂离子电池更长的续航力效果。

听起来很复杂,简单来说,电池在Lithium-Ion锂离子模式下,拥有较低的能量密度,但同时也拥有较高的使用次数寿命(循环充电次数),以及较低的衰退表现,而锂离子电池则是目前全世界电池的主流技术,包括电动车使用的18650或21700电池,都是以锂离子为基础的化学能电池。

近年来,研究人员发现将锂电池的内的电极换成石墨等材料,以及改变内部电解溶液,可以大幅提升能量密度,达到能量增加的效果,但却会降低使用次数寿命(循环充电次数)的不良影响,同时电池衰退程度也会加快。

Jeff Dahn研发的 Hybrid Lithium-Ion/Lithium Metal Cells,则是将两个不同的化学能量模式,设计在一个电池组里面,听起来好像很容易,但其实技术上有相当多的困难需要克服;而最终,Jeff Dahn将成果发表在期刊上,根据期刊内的描述,新的混合电池预计可将电动车续航力增加至480公里以上(主流级距)。

Jeff Dahn也指出,这种新的锂离子/锂金属混合型电池,在一般的锂离子状态下,能量密度较一般锂离子更低些,这是双模式电池的代价,不过锂金属模式可提供驾驶人延长续航力的选项。

举例来说,混合式电池在一定程度的电量(例如 80%)下,是以锂离子模式运作,此时就和普通的电池无异,续航力可能约莫在325公里左右,但是当要出远门之前,先将电池充饱至100%,则会进入锂金属模式,会多出155公里的续航里程,达到多数平时在锂离子模式(较多循环寿命)、短暂需要高续航力时进入锂金属模式,可以将之想像类比为电池增程或Boost模式。

兼顾长使用寿命(充电循环次数)、较低的电池衰退、以及额外的增程里程模式,是Hybrid Lithium-Ion/Lithium Metal Cells的特色,综合来看,其融合两种化学形式的主要优点,透过科技的方式增加电动车的续航力,若此技术在日后成功商业化,可能将会改写现有的电池产业生态。