芯耀
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大家好，我是電動(dòng)車(chē)公社的社長(zhǎng)。
最近幾年，越來(lái)越多“上歲數(shù)”的新能源車(chē)，由于電池續(xù)航衰減或故障等種種原因，開(kāi)始面臨更換電池的問(wèn)題。
不過(guò)，換電池是真的有些小貴啊！
根據(jù)去年一位開(kāi)奔馳EQC的車(chē)主曝光的，4S店給他開(kāi)出的更換電池報(bào)價(jià)單，材料+工時(shí)費(fèi)加起來(lái)竟然高達(dá)22.6萬(wàn)元：
不同品牌、不同車(chē)型、不同容量和規(guī)格的電池，價(jià)格都有一定差異。但即便是只有幾度電的插混車(chē)型，想要換塊電池包，也得掏大幾千塊才行。
更何況，汽車(chē)行業(yè)劇烈的內(nèi)卷之下，新車(chē)的價(jià)格一次又一次刷新下限。
到底是花高價(jià)換塊全新電池劃算，還是干脆咬咬牙加錢(qián)換輛新車(chē)劃算，相信很多人心里都有數(shù)。
但，如果存在一條另辟蹊徑的奇招，比如——讓奄奄一息的動(dòng)力電池，原地滿(mǎn)血復(fù)活呢？！
近期，復(fù)旦大學(xué)團(tuán)隊(duì)在美國(guó)知名學(xué)術(shù)刊物《自然》主刊上，發(fā)表了一篇名為《外部供鋰技術(shù)突破電池的缺鋰?yán)Ь澈蛪勖缦蕖?/strong>的文章，可把大伙都驚到了。
這里面的內(nèi)容，是復(fù)旦大學(xué)高分子、聚合物科學(xué)團(tuán)隊(duì)，潛心多年摸索出的“動(dòng)力電池回春術(shù)”——
這項(xiàng)黑科技操作起來(lái)非常簡(jiǎn)單，就像人感冒發(fā)燒去醫(yī)院看大夫一樣，只要給即將報(bào)廢的動(dòng)力電池“打一針”，就能讓動(dòng)力電池容光煥發(fā)！
聽(tīng)起來(lái)是不是很像魔法？
別著急，在搞清楚這項(xiàng)技術(shù)的具體原理之前，咱們還得先從鋰電池為什么會(huì)出現(xiàn)容量衰減這件事出發(fā)。
鋰電池內(nèi)部蘊(yùn)藏大量的鋰離子，是鋰電池工作的核心。
充電時(shí)，鋰離子從正極脫出，通過(guò)電解液這個(gè)“通道”流向負(fù)極，最后嵌入到負(fù)極孔隙之中，使得負(fù)極形成一種“富鋰狀態(tài)”。
通俗點(diǎn)說(shuō)，就像是把水分子通過(guò)水泵抽到了高處，水的重力勢(shì)能就會(huì)增加一樣。
放電時(shí)，鋰離子再?gòu)母讳嚑顟B(tài)的負(fù)極跑出來(lái)，通過(guò)電解液在流回到正極。
相當(dāng)于水順著重力勢(shì)能流到低處。
由此可見(jiàn)，無(wú)論充電還是放電，最最關(guān)鍵的角色都是鋰離子。
但，就好比讓打工人成天沒(méi)日沒(méi)夜的工作一樣，每天搬磚的鋰離子也會(huì)累。
逐漸的，有一部分累了的鋰離子，就會(huì)選擇罷工，比如充電之后跑到負(fù)極碳孔隙里面，原地安家不出來(lái)了。
久而久之，罷工擺爛的鋰離子越來(lái)越多，愿意搬磚的鋰離子越來(lái)越少。從宏觀上來(lái)看，就會(huì)呈現(xiàn)出電池續(xù)航衰減、充不進(jìn)去電等等情況。
同時(shí)，罷工的鋰離子在負(fù)極越堆越多，到后來(lái)逐漸堆砌尖銳的枝狀晶體結(jié)構(gòu)，也就是臭名昭著的“鋰枝晶”。
鋰枝晶越長(zhǎng)越長(zhǎng)，到最后刺破了電池隔膜，就會(huì)導(dǎo)致電池正負(fù)極短路，進(jìn)而引發(fā)熱失控。
這也是為什么，有相當(dāng)多的電動(dòng)車(chē)自燃事故，都是在充電過(guò)程中產(chǎn)生的。
話說(shuō)回來(lái)，既然續(xù)航衰減，本質(zhì)上是由于電池缺鋰導(dǎo)致的。
因此電池廠近幾年新出的動(dòng)力電池，往往會(huì)采用預(yù)埋鋰的方式進(jìn)行一定程度的缺鋰預(yù)防，相當(dāng)于安排少部分“待崗”的鋰離子。
不過(guò)，這些待崗的鋰離子數(shù)量有限，總有消耗完的時(shí)候，到時(shí)候依然會(huì)出現(xiàn)電池的衰減現(xiàn)象。
于是，科學(xué)家們順著這一思路開(kāi)始研究：既然缺鋰可以從內(nèi)部補(bǔ)鋰，那么從外部補(bǔ)鋰，能不能行得通呢？
而復(fù)旦大學(xué)的鋰電池“強(qiáng)心劑”，本質(zhì)上其實(shí)就是從外部給電池注射的鋰離子！
聽(tīng)上去似乎沒(méi)那么復(fù)雜，但究竟通過(guò)什么物質(zhì)給電池補(bǔ)鋰，其實(shí)是個(gè)極其復(fù)雜的問(wèn)題，不然隨便拎個(gè)小作坊就能干了。
既要達(dá)到填充鋰離子的效果，又不能影響原本正負(fù)極、電解液的化學(xué)體系，這種合適材料是非常難找的。
于是，復(fù)旦大學(xué)團(tuán)隊(duì)借助了“萬(wàn)能的AI”，費(fèi)勁千辛萬(wàn)苦，終于找到了一種名為三氟甲基亞磺酸鋰（CF3SO2Li）的物質(zhì)，這就是鋰電池強(qiáng)心劑的核心成分。
這里的AI，并不是我們平常能用到的ChatGPT、DeepSeek之類(lèi)的，而是復(fù)旦大學(xué)為了找到這種材料，通過(guò)已有的電化學(xué)理論基礎(chǔ)構(gòu)建出的大模型。
他們起初挑選了240多種類(lèi)似的材料，將其輸?shù)酱竽Ｐ椭羞M(jìn)行計(jì)算，而三氟甲基亞磺酸鋰，就是百里挑一中選出來(lái)最適合當(dāng)鋰電池強(qiáng)心劑的物質(zhì)。
這種物質(zhì)的具體工作原理，可以認(rèn)為是“鋰離子預(yù)備補(bǔ)充包”。
當(dāng)把三氟甲基亞磺酸鋰注射到因缺少鋰離子而容量衰減的電池的時(shí)候，這時(shí)給電池充電，只要電池電壓達(dá)到2.8V以上，三氟甲基亞磺酸鋰就會(huì)因電壓而分解，釋放出大量的鋰離子。
具體的試驗(yàn)效果，也是相當(dāng)驚人——
復(fù)旦大學(xué)團(tuán)隊(duì)的試驗(yàn)對(duì)象是一節(jié)容量衰減到85%的磷酸鐵鋰電池，一針下去之后，讓電池繼續(xù)充放電循環(huán)1824次，電池容量竟然回到了99.6%！
更離譜的是，在繼續(xù)執(zhí)行充放電循環(huán)11818次之后，電池容量仍然高達(dá)96%。
如果按照電池容量80%為壽命極限的話，磷酸鐵鋰的循環(huán)壽命大概在2000-3000次，而注射“強(qiáng)心劑”之后的電池，可以讓磷酸鐵鋰電池的循環(huán)壽命，提升3-5倍之多。
這么算下來(lái)，理論上電池的壽命能比車(chē)身的壽命還長(zhǎng)……
這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果可把復(fù)旦大學(xué)團(tuán)隊(duì)激動(dòng)壞了，熱血上頭的他們，進(jìn)而拿三氟甲基亞磺酸鋰做了一次更瘋狂的試驗(yàn)。
他們直接把原先的電池正極移除了，由不含鋰的硫化物做代替，然后將大量三氟甲基亞磺酸鋰溶解在了電解液之中，手搓了一塊“無(wú)正極電池”。
誰(shuí)能想到，這無(wú)正極電池的能量密度非常逆天，竟然達(dá)到了1192Wh/kg！
要知道，能量密度超高的8系三元鋰電池，能量密度也才300Wh/kg出頭，這相當(dāng)于瞬間將能量密度提升了4倍。
理論上來(lái)說(shuō)，裝上這種電池之后，純電動(dòng)車(chē)的續(xù)航到2000公里甚至3000公里都不成問(wèn)題。在它面前，萬(wàn)眾矚目的明星期貨固態(tài)電池都要黯然失色。
而且電池包的維修成本方面，也是非常之給力。
據(jù)測(cè)算，使用三氟甲基亞磺酸鋰修復(fù)電池的成本，僅為一塊新電池的約1/150。
好家伙，這東西看起來(lái)也太逆天了吧？
但可別高興得太早，這鋰電池強(qiáng)心劑在真正量產(chǎn)應(yīng)用之前，還有很多問(wèn)題需要解決。
首先，三氟甲基亞磺酸鋰中帶有硫元素和氟元素。在為充電分解補(bǔ)鋰過(guò)程中，會(huì)不可避免地釋放出二氧化硫和氟碳化合物氣體。
二氧化硫是酸雨的罪魁禍?zhǔn)字唬?strong>吸入人體后會(huì)對(duì)呼吸道、心腦血管造成損傷，長(zhǎng)期接觸還有致癌風(fēng)險(xiǎn)。
氟碳化合物在毒性方面并不是很大，在生活中廣泛應(yīng)用于制造不粘鍋涂層、防靜電劑等等。
雖然毒性沒(méi)有二氧化硫那么大，但其氣體卻對(duì)自然環(huán)境有不小的危害。
空調(diào)制冷循環(huán)中使用的氟利昂就是典型的氟碳化合物大量釋放到空氣中，會(huì)破壞大氣臭氧層，形成臭氧層空洞，導(dǎo)致大氣層過(guò)濾強(qiáng)紫外線的能力大幅下降，進(jìn)而間接影響人體健康。
所以說(shuō)，想要讓三氟甲基亞磺酸鋰投入到市場(chǎng)應(yīng)用之中，“尾氣”處理問(wèn)題是必須要慎重考慮的。
另外，雖然打一針下去能干活的鋰離子確實(shí)補(bǔ)充上了，但已經(jīng)罷工的鋰離子仍然存在在電池內(nèi)部。
也就是說(shuō)，電池容量雖然能恢復(fù)，但電池內(nèi)部的鋰枝晶還是存在的，依然會(huì)隨著電池使用次數(shù)的增多而累計(jì)。
用得越久，鋰枝晶刺破隔膜觸發(fā)熱失控的概率也就越高。
所以說(shuō)，想要徹底讓舊電池重獲新生，“補(bǔ)鋰”只是第一步，接下來(lái)還需要徹底消除鋰枝晶對(duì)電池安全產(chǎn)生的隱患。
動(dòng)力電池想要徹底起死回生，還有很長(zhǎng)的路要走。
?寫(xiě)在最后????
雖說(shuō)電池“強(qiáng)心劑”這項(xiàng)技術(shù)距離實(shí)際應(yīng)用落地還有一段距離，但不可否認(rèn)的是，這項(xiàng)技術(shù)的前景非常廣闊。
就像社長(zhǎng)開(kāi)頭時(shí)所說(shuō)的，電池修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用，有望大幅減少電動(dòng)車(chē)需要換電池帶來(lái)的維修成本壓力。電動(dòng)車(chē)保值率低的問(wèn)題，也將迎刃而解。
進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，電池修復(fù)技術(shù)逐漸發(fā)展成熟之后，對(duì)于動(dòng)力電池的回收再利用也是一項(xiàng)重大利好。
有望讓動(dòng)力電池在不拆解的情況下，直接開(kāi)始新一輪的循環(huán)，盤(pán)活動(dòng)力電池回收產(chǎn)業(yè)。
畢竟現(xiàn)在電動(dòng)車(chē)越賣(mài)越多，越來(lái)越多的人開(kāi)始擔(dān)憂(yōu)廢舊動(dòng)力電池堆積成山，對(duì)于環(huán)境造成的隱患了。
總之，對(duì)于動(dòng)力電池的未來(lái)，既有期待也有挑戰(zhàn)。
最后的最后，也要感謝科學(xué)工作者們的潛心探索和辛勤付出。有了他們，才有了中國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步；也正是他們，引領(lǐng)著世界的潮流。
