黑洞|腾讯今天请的6位科学家，把我脑子烧坏了( 六 ) 科学家

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4. 王朝阳：让电动车充电10分钟，跑320公里
电池与我们的生活息息相关，从3C数码到电动汽车再到航空航天等电池无处不在。而且电池技术往往决定新产业的崛起，比如没有锂离子电池就不会有智能手机，更谈不上电子商务、5G通信等，同样也不会有新能源汽车的革命。
当前人类面临着日益严峻的气候变化危机，能源转型势在必行，大力发展可再生能源。实现碳达峰碳中和的目标，是整个人类社会的共同责任。
可再生能源比如太阳能风能都属于间歇性能源，只有通过储能才有使用价值，所以储能技术是实现双碳目标和能源革命的关键核心技术，具有重大的战略意义。
电池储能的应用之大影响之深，也决定了它面临多维度的巨大挑战，它需要非常丰富大量的成本低廉的原材料，要有极高的安全性，能够保障人们的生命和财产安全，还要高能量密度高功率可快充长寿命，还有无论炎热地带和寒冷地区，电池必须在全温域都保持良好的性能寿命和安全性。
近100年来，电池技术的改进基本上来源于材料的创新，我们熟悉的主流电池从铅酸电池改进到镍氢电池，然后转变到现在的锂离子电池。
在科技日新月异的今天，我们经常会感觉到电池技术的力不从心。发展太慢，无法满足我们高速发展的应用场景，甚至满足不了人们的一些小小愿望。比如说，可以有一周只充一次电的手机吗？有永不自燃的电动汽车吗？
为了这些问题，为了加快电池技术的发展，科学家们一直在问，除了材料创新之外，有没有可能颠覆200多年以来一成不变的电池结构呢？有没有更好的工作生态可以让电池材料发挥出更大的潜能，让电池技术突飞猛进呢？
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【黑洞|腾讯今天请的6位科学家，把我脑子烧坏了】在过去10多年中，我的团队一直在寻找和探索可调控界面的电池。确实我们找到了一种热调控的方法，利用瞬间热刺激，大概需要10~30秒钟消耗1%~3%的电量，我们就可以把电化学界面调大、调强。
有了这个快捷低能耗的热刺激方法，我们就可以用最稳定最安全的材料制作电池。在不使用的时候，电池内的化学界面当然是保持最低的水平，保障了电池的绝对安全和最低的老化速率。
而工作的时候，用热刺激可以把电池里的反应界面瞬间调大调强，来提供高功率快充能力，甚至是在任何低温环境中都有非常良好的性能。等到电池工作完了，自然冷却可以在5分钟内把电池温度降到40度以下，这样电池回到它的原始状况，安全的、稳定的。
那么热调控的范围有多少呢？我们来看一组实验数据，图表的竖坐标是用可以测量的电池内阻来反面地表征电池的活性，内阻和活性是成反比关系的。
我们看到热调控可以把电池的内阻，从1000降到15欧姆平方厘米，也就是说把电池的活性增加60倍，说明热调控的范围可以在60倍之间操作。更惊喜的是，我们可以从图上看到，实验证明了我们热调控机理，适用于所有的化学和材料体系，无论是锂离子电池锂金属电池或者全固态电池，我们都可以做到60倍的调控范围。所以现在我们有了一个快速的低能耗的调控范围大的调节界面的方法，我们就可以发明和创造新型的电池。
针对前面讲到的低温痛点，我们发明了全气候电池。这是在不改变电池材料危险性的基础下，也就是说不增加电解液的可燃性，也不改变电极材料的热稳定性，而是在电池的内部植入一片10微米厚度的镍箔作为发热体。这个厚度只有人的头发丝的1/10 ，所以几乎不增加电池的体积和重量，有了发热体然后利用电池自带的能量，再加上一个开关我们就可以随意调控电池的活性，那么哪怕在负30度的环境里冻透的电池，我们也只需要30秒时间就可以让电池自加热到零度以上正常工作。
所以这种全气候电池的优点是，一是30秒之内快速地给出高功率，二可以自加热不需要附带其他的能量源。最重要的一点是它不损害电池的安全作为代价，没有改变材料的活性或者说安全性，达到了电池在极低温度下照常工作的目的。
从实验室的科学发现到产品化商业化又是一个艰难的历程，我要感谢我们的合作者和参与企业。他们花了三年时间，从18年到20年连续三年在东北海拉尔进行实地车队的试验，充分验证全气候电池的功能性能和寿命，为全气候电池投放明年冬奥会作出有力的保障。