科學研究：可提升電動汽車電池安全的超靈敏電量指示計

圖片來源：Pexels

一群來自美國和德國的科學家正在開發(fā)一種探測器，用于揭開使用大型鋰離子電池來驅動汽車并且儲存可再生能源的奧秘，同時消除其中潛在的危險。

他們的解決辦法是采用專門用于探測磁場的超靈敏新型探測器，這種探測器可以繪制出所給電池的磁場圖像，表明該電池是否有缺陷并且精確顯示剩余電量。

這些科學家給有關于大型電池的古老問題提供了解決思路。其中一些問題自18世紀晚期開始就一直懸而未決，那時意大利貴族、業(yè)余物理學家亞歷山德羅·伏特（Alessandro Volta）發(fā)明了伏打電堆。伏打電堆由多層銀幣和鋅片疊合而成，間隔處為潮濕的紙板。

于是伏特做出了世界上第一塊蓄電池。而現(xiàn)在，《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上個星期刊出的研究或許能幫助企業(yè)家和消費者解答一個關鍵問題，該問題可能影響他們的財富甚至生命。

其中一個問題是：“我應該買這輛二手電動汽車嗎？”另一個問題也許是：“這架電動飛機有足夠的電量送我去芝加哥嗎？”

“在電動汽車這個領域，你必須要選擇最好最好的電池?！鄙鲜鲅芯康暮现?、紐約大學的化學教授Alexej Jerschow說。他是電池診斷領域的專家。

對缺乏經(jīng)驗的消費者來說，電動汽車會產(chǎn)生一些高昂的意外消費。其中之一稱作“過放”。

汽油車沒油的時候就會自己停下來。但是電動汽車的電池在低于某一電量的時候仍會持續(xù)工作，如果駕駛員忽略了相關警告，電池就會走向自毀。

不過新型的超靈敏磁場探測器可以繪制出電池周圍的不可見磁場。這可以指導鋰電池制造商發(fā)現(xiàn)電池有缺陷的部分，并且告訴駕駛員一個更加精確的電池剩余電量。

使用中或制造過程中的電池在受到?jīng)_擊時會產(chǎn)生使電池失效的“熱點”或其他缺陷，但是新型磁場探測器可以追蹤微小區(qū)域的變化，在產(chǎn)生更大的問題前定位缺陷，Jerschow說。

發(fā)電廠開始使用汽車大小的多電池組裝置來存儲太陽能與風能。雖然這樣可以減少化石燃料的消耗，但是最近在韓國和美國亞利桑那州發(fā)生了一系列公共設施的鋰電池火災，造成了停電和應急搶修人員受傷。

Jerschow說，隨著鋰電池越來越輕便，電量也越來越高，它們的使用范圍會越來越廣泛。比如，小型電動飛機會在五到十年內(nèi)出現(xiàn)。和儲存可持續(xù)能源的電池一樣，電動飛機可以幫助減少溫室氣體排放，但是需要更加嚴格的測試來避免潛在的航空電池缺陷。

目前電池工廠所采用的方法是從流水線上抽取一些電池并將它們拆開。有時這一過程會造成新的損傷。Jerschow與其同事的目標就是避免這一步驟，采用損傷小、成本低但是更完善的工藝。

一開始Jershcow認為答案可以參考醫(yī)學領域的一項常見的診斷流程，即核磁共振成像。它采用一塊大磁石、射頻無線電和計算機來產(chǎn)生詳細的圖像。這些圖像可以揭示大腦、脊柱和其他身體器官的異常。但是隨后Jershcow發(fā)現(xiàn)德國科學家正在開發(fā)一種更小但是功能更強的傳感器，可以探測到更微弱的磁場。

與德國約翰內(nèi)斯古騰堡大學、美因茨亥姆霍茲研究所的全球知名磁場測量專家Dmitry Budker合作，Jershcow和其他科學家完善了理論并且合作制造了第一款原型設備。

美國國家科學院的研究給出了其原理證明的結果。現(xiàn)在他們正計劃確認這一設備在電池制造、電動汽車、公共設施甚至二手車市場的商業(yè)前景。

“我們可以預見一些電池領域的未來，我不覺得其他人在此之前能預見到?！盝erschow說。他預測在未來市場也會幫助解決一個更加遙遠的問題：處理數(shù)量巨大的電動汽車電池。

這些電動汽車的電池預期有10年壽命；然后它們會面臨一個關鍵的回收問題。某些電池仍有殘余壽命，也許可以作為其他地方的儲能設備。而另一些電池留有可回收的高價值材料，也會殘留一些無法填埋的有毒物質。

我們還需要一種設備來對這些電池進行分類處理。

作者: John Fialka

翻譯：常灝杰

審校：曾小歡

引進來源：科學美國人

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