废旧电池原地“满血复活”?这项黑科技即将引发行业剧变
3 天前 / 阅读约8分钟
来源:凤凰网
电池修复技术逐渐发展成熟之后,对于动力电池的回收再利用也是一项重大利好。

最近几年,越来越多“上岁数”的新能源车,由于电池续航衰减或故障等种种原因,开始面临更换电池的问题。

不过,换电池是真的有些小贵啊!

根据去年一位开奔驰EQC的车主曝光的,4S店给他开出的更换电池报价单,材料+工时费加起来竟然高达22.6万元:

不同品牌、不同车型、不同容量和规格的电池,价格都有一定差异。但即便是只有几度电的插混车型,想要换块电池包,也得掏大几千块才行。

更何况,汽车行业剧烈的内卷之下,新车的价格一次又一次刷新下限。

到底是花高价换块全新电池划算,还是干脆咬咬牙加钱换辆新车划算,相信很多人心里都有数。

但,如果存在一条另辟蹊径的奇招,比如——让奄奄一息的动力电池,原地满血复活呢?!

近期,复旦大学团队在美国知名学术刊物《自然》主刊上,发表了一篇名为《外部供锂技术突破电池的缺锂困境和寿命界限》的文章,可把大伙都惊到了。

这里面的内容,是复旦大学高分子、聚合物科学团队,潜心多年摸索出的“动力电池回春术”——

这项黑科技操作起来非常简单,就像人感冒发烧去医院看大夫一样,只要给即将报废的动力电池“打一针”,就能让动力电池容光焕发!

听起来是不是很像魔法?

别着急,在搞清楚这项技术的具体原理之前,咱们还得先从锂电池为什么会出现容量衰减这件事出发。

锂电池内部蕴藏大量的锂离子,是锂电池工作的核心。

充电时,锂离子从正极脱出,通过电解液这个“通道”流向负极,最后嵌入到负极孔隙之中,使得负极形成一种“富锂状态”。

通俗点说,就像是把水分子通过水泵抽到了高处,水的重力势能就会增加一样。

放电时,锂离子再从富锂状态的负极跑出来,通过电解液在流回到正极。

相当于水顺着重力势能流到低处。

由此可见,无论充电还是放电,最最关键的角色都是锂离子。

但,就好比让打工人成天没日没夜的工作一样,每天搬砖的锂离子也会累。

逐渐的,有一部分累了的锂离子,就会选择罢工,比如充电之后跑到负极碳孔隙里面,原地安家不出来了。

久而久之,罢工摆烂的锂离子越来越多,愿意搬砖的锂离子越来越少。从宏观上来看,就会呈现出电池续航衰减、充不进去电等等情况。

同时,罢工的锂离子在负极越堆越多,到后来逐渐堆砌尖锐的枝状晶体结构,也就是臭名昭著的“锂枝晶”。

锂枝晶越长越长,到最后刺破了电池隔膜,就会导致电池正负极短路,进而引发热失控。

这也是为什么,有相当多的电动车自燃事故,都是在充电过程中产生的。

话说回来,既然续航衰减,本质上是由于电池缺锂导致的。

因此电池厂近几年新出的动力电池,往往会采用预埋锂的方式进行一定程度的缺锂预防,相当于安排少部分“待岗”的锂离子。

不过,这些待岗的锂离子数量有限,总有消耗完的时候,到时候依然会出现电池的衰减现象。

于是,科学家们顺着这一思路开始研究:既然缺锂可以从内部补锂,那么从外部补锂,能不能行得通呢?

而复旦大学的锂电池“强心剂”,本质上其实就是从外部给电池注射的锂离子!

听上去似乎没那么复杂,但究竟通过什么物质给电池补锂,其实是个极其复杂的问题,不然随便拎个小作坊就能干了

既要达到填充锂离子的效果,又不能影响原本正负极、电解液的化学体系,这种合适材料是非常难找的。

于是,复旦大学团队借助了“万能的AI”,费劲千辛万苦,终于找到了一种名为三氟甲基亚磺酸锂(CF3SO2Li)的物质,这就是锂电池强心剂的核心成分。

这里的AI,并不是我们平常能用到的ChatGPT、DeepSeek之类的,而是复旦大学为了找到这种材料,通过已有的电化学理论基础构建出的大模型。

他们起初挑选了240多种类似的材料,将其输到大模型中进行计算,而三氟甲基亚磺酸锂,就是百里挑一中选出来最适合当锂电池强心剂的物质。

这种物质的具体工作原理,可以认为是“锂离子预备补充包”。

当把三氟甲基亚磺酸锂注射到因缺少锂离子而容量衰减的电池的时候,这时给电池充电,只要电池电压达到2.8V以上,三氟甲基亚磺酸锂就会因电压而分解,释放出大量的锂离子。

具体的试验效果,也是相当惊人——

复旦大学团队的试验对象是一节容量衰减到85%的磷酸铁锂电池,一针下去之后,让电池继续充放电循环1824次,电池容量竟然回到了99.6%!

更离谱的是,在继续执行充放电循环11818次之后,电池容量仍然高达96%。

如果按照电池容量80%为寿命极限的话,磷酸铁锂的循环寿命大概在2000-3000次,而注射“强心剂”之后的电池,可以让磷酸铁锂电池的循环寿命,提升3-5倍之多。

这么算下来,理论上电池的寿命能比车身的寿命还长……

这一实验结果可把复旦大学团队激动坏了,热血上头的他们,进而拿三氟甲基亚磺酸锂做了一次更疯狂的试验。

他们直接把原先的电池正极移除了,由不含锂的硫化物做代替,然后将大量三氟甲基亚磺酸锂溶解在了电解液之中,手搓了一块“无正极电池”。

谁能想到,这无正极电池的能量密度非常逆天,竟然达到了1192Wh/kg!

要知道,能量密度超高的8系三元锂电池,能量密度也才300Wh/kg出头,这相当于瞬间将能量密度提升了4倍。

理论上来说,装上这种电池之后,纯电动车的续航到2000公里甚至3000公里都不成问题。在它面前,万众瞩目的明星期货固态电池都要黯然失色。

而且电池包的维修成本方面,也是非常之给力。

据测算,使用三氟甲基亚磺酸锂修复电池的成本,仅为一块新电池的约1/150。

好家伙,这东西看起来也太逆天了吧?

但可别高兴得太早,这锂电池强心剂在真正量产应用之前,还有很多问题需要解决。

首先,三氟甲基亚磺酸锂中带有硫元素和氟元素。在为充电分解补锂过程中,会不可避免地释放出二氧化硫和氟碳化合物气体。

二氧化硫是酸雨的罪魁祸首之一,吸入人体后会对呼吸道、心脑血管造成损伤,长期接触还有致癌风险。

氟碳化合物在毒性方面并不是很大,在生活中广泛应用于制造不粘锅涂层、防静电剂等等。

虽然毒性没有二氧化硫那么大,但其气体却对自然环境有不小的危害。

空调制冷循环中使用的氟利昂就是典型的氟碳化合物大量释放到空气中,会破坏大气臭氧层,形成臭氧层空洞,导致大气层过滤强紫外线的能力大幅下降,进而间接影响人体健康。

所以说,想要让三氟甲基亚磺酸锂投入到市场应用之中,“尾气”处理问题是必须要慎重考虑的。

另外,虽然打一针下去能干活的锂离子确实补充上了,但已经罢工的锂离子仍然存在在电池内部。

也就是说,电池容量虽然能恢复,但电池内部的锂枝晶还是存在的,依然会随着电池使用次数的增多而累计。

用得越久,锂枝晶刺破隔膜触发热失控的概率也就越高。

所以说,想要彻底让旧电池重获新生,“补锂”只是第一步,接下来还需要彻底消除锂枝晶对电池安全产生的隐患。

动力电池想要彻底起死回生,还有很长的路要走。

写在最后

虽说电池“强心剂”这项技术距离实际应用落地还有一段距离,但不可否认的是,这项技术的前景非常广阔。

就像社长开头时所说的,电池修复技术的应用,有望大幅减少电动车需要换电池带来的维修成本压力。电动车保值率低的问题,也将迎刃而解。

进一步来说,电池修复技术逐渐发展成熟之后,对于动力电池的回收再利用也是一项重大利好。

有望让动力电池在不拆解的情况下,直接开始新一轮的循环,盘活动力电池回收产业。

毕竟现在电动车越卖越多,越来越多的人开始担忧废旧动力电池堆积成山,对于环境造成的隐患了。

总之,对于动力电池的未来,既有期待也有挑战。

最后的最后,也要感谢科学工作者们的潜心探索和辛勤付出。有了他们,才有了中国新能源汽车产业的进步;也正是他们,引领着世界的潮流。