犹他大学化学工程助理教授高涛对锂离子电池的特性有了更多的了解，这种电池的充电速度比以前快得多。学分:文森特·堀内/犹他大学工程学院也许拥有一辆纯电动汽车最令人沮丧的限制是需要多长时间才能给电池充满电。例如，对于特斯拉来说，使用最强大的充电站将它充电到80%的容量需要大约40分钟。科学家们一直认为物理定律限制了电池安全充电的速度，但是犹他大学化学工程助理教授高涛的新研究为制造一种只需很短时间就能充电的电池打开了大门。
发表在科学杂志《焦耳》上的一篇新论文详细介绍了高的研究。高是麻省理工学院的博士后研究员，在麻省理工学院化学工程教授马丁·巴赞特的指导下进行这项研究的。高目前正在犹他大学进行研究，他正在那里进一步开发能够快速充电先进锂离子电池。
“这种理解为应对这一挑战所需的未来工程工作奠定了基础，”高说。“现在我们知道去哪里了。我们对需要做什么有一个清晰的愿景。”
锂离子电池因其高能量密度、低重量和长寿命而成为便携式电子产品和全电动汽车的热门选择。它们还用于笔记本电脑、便携式电器和太阳能储存。
但是，锂离子电池充电的速度受到一种被称为“锂电镀”的现象的阻碍，这是一种当锂离子过快进入石墨颗粒时发生的副反应。高将锂离子电池的运行比作乒乓球在桌子上来回击球。在充电过程中，球或锂离子从正极移动到负极。充电速度类似于球的速度。高解释说，当锂离子移动太快，电池中的石墨颗粒无法抓住它时，就会发生锂电镀。充电时，这可能是危险的，并导致电池着火或爆炸，从而限制了电池充电的速度。它还会严重降低电池性能，限制电池寿命。
高的发现揭示了在电池充电过程中控制石墨颗粒中的锂电镀现象的重要物理原理，并使锂电镀在电池运行中的预测成为可能。
“我们设计了一个实验，可以可视化充电过程中负极发生了什么。我们可以看到石墨颗粒——负极中的材料——我们可以实时看到电池充电过程中发生了什么，”他说。“现在我们理解了物理学。这为我们解决这一限制并提高电池充电性能提供了方向。”
他说，高认为，有了这种新的认识，新技术可以创造出一种汽车电池，其充满电的速度比正常速度快5倍，或仅用10分钟多一点，而没有危险或退化过快的风险。他说，智能手机用最快的充电器通常需要半个多小时，也可以在10分钟内充满电。
现在，高和他的合作研究人员对锂离子充电背后的科学有了更好的理解，他相信我们可以在三到五年内看到电池更好的手机，在五到十年内看到纯电动汽车。
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