研究人员正开发让电动汽车电池快速检测损坏并自我修复的技术
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据《Horizon: The EU Research & Innovation Magazine》消息，为了使电动汽车电池性能更好、使用寿命更长，欧盟研究人员正在开发一种能够让电池快速检测损坏并自我修复的技术。
电池是电动汽车(EV)大规模普及道路上最大的障碍之一。但如果它们不仅能延长使用寿命，还能自我修复，那会怎样？这正是Johannes Ziegler和Liu Sufu等研究人员的愿景，他们正致力于将这一愿景变为现实。
欧洲的电动汽车销量正在飙升，2月份的销量与2024年同期相比增长了20%。电动汽车对于电气化我们的交通和减少破坏地球的碳排放至关重要，但它们的发展之路并非没有挑战。
大多数电动汽车依赖锂离子电池，类似于我们手机中的电池，但体积更大、结构更复杂。一块电动汽车电池含有数十公斤的贵金属——锂、镍和铜——并且必须使用十多年，与电动汽车的预期寿命相匹配。
为了应对这一挑战，一个由欧盟资助的名为“PHOENIX”的科研团队聚集在一起，致力于研发可自愈的电池。他们的目标是延长电池寿命，提高电池安全性，并减少对新型电池金属的需求。
德国弗劳恩霍夫硅酸盐研究所(ISC)的材料科学家Ziegler表示：“我们的想法是延长电池寿命并减少其碳足迹，因为同一块电池可以自我修复，从而总体上减少所需的资源。”
2023年，欧盟确定34种关键材料，包括锂、镍、铜和钴等电池金属。
PHOENIX项目以神话中从灰烬中重生的鸟命名——这是研究人员希望在电池技术上实现重生和复兴的恰当象征。
欧盟立法要求，从2035年起，所有新售的轿车和货车都必须实现零排放。其目标是大幅减少交通运输行业的温室气体排放。
为了实现这一目标，电动汽车需要更好的电池。
感知和触发
任何拥有智能手机的人都深知电池带来的烦恼：几年后，电池寿命就会急剧下降。同样的问题也困扰着电动汽车，只是规模更大。
发生这种情况是因为电池随着时间的推移反复充电和放电，其部分性能会下降。
来自比利时、德国、意大利、西班牙和瑞士的科学家正在合作设计传感器，以检测锂离子电池老化过程中发生的变化，并在需要时触发电池的自我修复。
目标是使电池寿命延长一倍，进而延长电动汽车的寿命。
如今，电池管理系统(BMS)（电池的大脑）监控电池的电压和温度，以确保其不会过热并导致安全问题。
“目前，传感器的测量范围非常有限，仅限于一般的温度、电压和电流。除了估算剩余电量外，它还能确保安全，”瑞士电子与微技术中心（CSEM）的工程师Yves Stauffer说道。CSEM是一家开发颠覆性技术的创新中心。Stauffer领导着BMS的研究。
PHOENIX团队的目标是更进一步，引入先进的传感器和触发器。其中一些可以检测电池何时膨胀，另一些可以生成热图，还有一些可以监测氢气或一氧化碳等危险气体。
所有这些传感器将为电池健康状况提供预警系统。
当电池的“大脑”决定需要修复时，修复机制就会被激活。例如，这可能意味着挤压电池使其恢复原状，或者施加有针对性的热量来触发电池内部的自我修复机制。
“我们的想法是，在热处理下，一些独特的化学键会恢复，”CSEM的电池化学家、同时也是PHOENIX项目工作人员的Sufu说道。
另一种自愈方法是利用磁场来分解树突——充电过程中在电池电极上形成的分支金属结构，可能导致短路和失效。
尺寸很重要
PHOENIX研究人员还致力于增加电动汽车的行驶里程并减小电池的尺寸。
Sufu说：“我们正在努力开发能量密度更高的下一代电池。”这意味着电动汽车需要更小的电池，从而减轻重量，并使其单次充电后行驶更远。
其中一种策略是将铅笔所用的材料石墨用介于金属和非金属之间的硅来代替。
Sufu表示，这种材料在目前的商用电池中并未得到广泛采用，部分原因是硅的稳定性较差，在充放电过程中其体积可能会膨胀高达300%。如果电池内部含有硅，就必须能够承受这些剧烈的变化，或者实现自我修复。
今年3月，开发了一批新的传感器原型和触发器，并发送给合作伙伴，用于在电池袋电池（柔性、轻便和扁平的锂离子电池）上进行测试。
然而，虽然在电池上安装传感器可以很好地提供电池的健康状况信息，但也会增加成本。因此，该团队专注于确定哪些技术能够带来足够的效益，从而证明电动汽车的成本是合理的。
无论哪种方法占上风，它都将使未来的电动汽车使用寿命更长、行驶距离更远，并且配备更安全、更紧凑、资源密集程度更低的电池。
延长电池寿命还将减少电动汽车的碳足迹，为消费者和环境带来双赢。
Ziegler说：“延长电池寿命和研发电动汽车令人兴奋。关键在于把各个部件组装起来。”