快速充电锂电池旨在消除里程焦虑

康奈尔工程学院的一个团队创造了一种新型锂电池，可以在五分钟内充电，比市场上任何此类电池都快，同时在长时间的充电和放电周期内保持稳定的性能。

这一突破可以缓解驾驶员的“里程焦虑”，他们担心电动汽车如果不费时充电就无法长途行驶。

康奈尔大学 James A. Friend Family 的林登·阿彻 (Lynden Archer) 表示：“与电池的成本和性能等其他障碍相比，里程焦虑是交通电气化的一个更大障碍，我们已经找到了一种通过合理的电极设计来消除它的途径。”杰出工程教授兼康奈尔大学工程学院院长，负责监督该项目。“如果你可以在五分钟内给电动汽车电池充电，我的意思是，天哪，你不需要拥有足够大的电池来行驶 300 英里。你可以接受更少的电池，这可以降低电动汽车的成本，实现更广泛的采用。”

该团队的论文“锂电池中的快速充电、长时间存储”于 1 月 16 日发表在《焦耳》杂志上。主要作者是化学与生物分子工程博士生金硕。

锂离子电池是电动汽车和智能手机最流行的供电方式之一。这些电池重量轻、可靠且相对节能。然而，它们充电需要几个小时，并且缺乏处理大电流浪涌的能力。

金说：“我们的目标是创建能够以符合日常生活方式充电和放电的电池电极设计。” “实际上，我们希望我们的电子设备能够快速充电并长时间运行。为了实现这一目标，我们已经确定了一种独特的铟阳极材料，它可以与各种阴极材料有效搭配，以创建快速充电和缓慢放电的电池”。

阿彻的实验室之前通过关注离子如何在电解质中移动以及如何在金属阳极界面结晶来进行电池设计，然后利用这些知识来操纵电极形态，以制造更安全的阳极以进行长期存储。

对于他们的新型锂电池，研究人员采取了不同的策略，重点关注电化学反应的动力学，特别采用了称为“Damköhler 数”的化学工程概念。这本质上是对化学反应发生速率的衡量，相对于材料传输到反应位点的速率。

确定电池电极材料具有固有的快速固态传输速率，因此具有较低的 Damköhler 数，帮助研究人员确定铟是一种非常有前途的快速充电电池材料。铟是一种软金属，主要用于制造触摸屏显示器和太阳能电池板的氧化铟锡涂层。它还用作低温焊料中铅的替代品。

新研究表明，作为电池阳极，铟具有两个关键特性：极低的迁移能垒，它决定了离子在固态中扩散的速率;和适度的交换电流密度，这与阳极中离子的还原速率有关。这些特性(快速扩散和缓慢的表面反应动力学)的结合对于快速充电和长期存储至关重要。