如何看待「充电十分钟，续航 400 公里」的锂电快充技术？
充电十分钟，续航 400 公里：一场颠覆与期待
“充电十分钟，续航 400 公里”——这句听起来颇具科幻色彩的宣传语，如今正逐渐照进现实，成为新能源汽车领域最激动人心的话题之一。这背后蕴藏的，是锂电池快充技术的飞跃式发展，它不仅关乎我们日常用车体验的便利性，更可能重塑整个汽车产业的格局。
技术突破：从“慢充”到“闪充”的质变
一直以来，续航里程和充电速度是制约电动汽车普及的两大瓶颈。虽然过去几年电动汽车的续航能力有了显著提升，但“里程焦虑”依然是不少潜在消费者心中的顾虑。而充电速度，更是让人望而却步——一次长途旅行，可能需要数小时的等待才能将电池“喂饱”，这与传统燃油车几分钟加满油的便利性相比，差距显而易见。
“充电十分钟，续航 400 公里”的技术，本质上是对现有锂电池充电模式的一次彻底颠覆。我们不妨从几个关键的技术层面来理解这场“闪充”革命：
更高的功率输入： 实现如此极速的充电，首先需要的是巨大的功率输出。这不仅仅是电池本身的潜力，更需要充电桩、充电线缆以及车辆的电池管理系统（BMS）协同工作，能够承受和管理远超目前主流快充桩的电流和电压。想象一下，一个普通家庭的插座功率可能在 23kW，而一辆电动汽车的快充功率可能在 100kW 甚至更高。而这项新技术，则可能将这个数字推向 500kW、800kW，甚至 1MW 的级别。
新型电池材料与结构： 传统锂离子电池在快速充电时，会面临一些挑战。例如，锂离子在负极材料（通常是石墨）中的嵌入速度有限，过高的电流容易导致锂枝晶的析出，这不仅会降低电池的容量，更存在安全隐患。为了突破这一限制，科学家们正在大力研发新型负极材料，例如硅基负极。硅比石墨拥有更高的理论容量，且在充电过程中能够吸收更多的锂离子，从而支持更高的充电倍率。同时，对正极材料的改良，以及电池内部结构的优化，例如采用更细的电解液通道、优化电极片设计等，都能有效提升离子传输效率，加速充电过程。
先进的电池管理系统（BMS）： 如此高的功率输入，对电池的管理提出了前所未有的挑战。BMS 就像电池的“大脑”，它需要实时监测电池的温度、电压、电流以及各个电芯的健康状态。在极速充电过程中，BMS 需要能够精准地控制充电电流和电压，防止电池过热、过充，从而保证充电的安全性和电池的寿命。新型的 BMS 可能会采用更先进的算法，甚至结合人工智能技术，来预测和管理充电过程中的各种风险。
热管理技术的革新： 快速充电必然伴随着大量的热量产生。如果无法有效地将这些热量排出，电池温度会迅速升高，不仅影响充电效率，更会严重缩短电池寿命，甚至引发安全事故。因此，高效的电池热管理系统至关重要。这可能涉及到更先进的液冷技术、相变材料的应用，或者全新的散热设计。试想一下，在短短十分钟内完成 400 公里的续航补给，意味着电池在极短的时间内承受着巨大的能量冲击，如果没有强大的“冷却”能力，这无疑是一场“玩火”。
颠覆性影响：重塑出行与产业生态
这项技术一旦成熟并大规模应用，其影响将是深远的，足以改变我们对汽车使用习惯的认知：
消除“里程焦虑”和“充电焦虑”： “充电十分钟，续航 400 公里”，这个续航里程已经能够满足绝大多数日常通勤和短途出行的需求。而充电时间，则缩短到了和加满一箱油相差无几的水平。这意味着，电动汽车的便利性将与燃油车持平，甚至在某些方面超越燃油车（例如，无需找加油站，家门口就能“加油”）。曾经让许多人犹豫不决的“里程焦虑”和“充电焦虑”，将成为历史。
加速电动汽车的普及： 当电动汽车的便利性与燃油车相当，甚至在体验上更佳时，消费者转向电动汽车的意愿将大大增强。这将加速全球汽车产业向电动化转型的步伐，推动传统汽车巨头加速淘汰燃油车生产线，并大力投资电动汽车的研发和生产。
重塑充电基础设施： 为了支持如此高功率的充电，现有的充电基础设施需要进行升级改造。这意味着需要建设更大功率的充电桩，以及更强大的电网接入能力。这无疑是一个巨大的投资，但也催生了新的商业机会。未来，充电服务可能会从“等待”变成“享受”，就像走进一家星级酒店，短时间内就能为爱车“充饥续力”。
推动电池技术的持续进步： 市场的需求是技术创新的强大驱动力。这项技术的出现，将进一步激发电池厂商在材料、结构、管理等方面的持续创新。我们可能会看到更多下一代电池技术的出现，例如固态电池、钠离子电池等，它们可能在能量密度、安全性、成本等方面带来更进一步的突破。
对能源结构提出更高要求： 如此高功率的充电需求，对电网的负荷提出了更高的要求。尤其是在电动汽车大量普及的情况下，如何在高峰时段保证充足的电力供应，并减少对环境的影响，将是重要的课题。发展可再生能源，优化电网结构，提高能源利用效率，将变得更加迫切。
挑战与展望：从实验室到街道
尽管“充电十分钟，续航 400 公里”的前景令人振奋，但从实验室的突破到大规模的商业化应用，仍然存在不少挑战：
成本问题： 采用新型材料和先进技术的电池，以及配套的高功率充电设备，初期成本往往会比较高。如何降低生产成本，让更多消费者能够负担得起，是技术推广的关键。
电池寿命与衰减： 极速充电虽然带来了便利，但长期来看，是否会对电池的寿命造成不可逆的影响？电池的循环寿命和容量衰减问题，仍需要大量的实际测试和数据验证。
安全性保障： 如此高的功率充放电，对电池的安全性提出了极其严苛的要求。任何一个环节的疏忽，都可能带来严重的后果。如何在保证充电速度的同时，将安全风险降到最低，是技术研发和应用过程中必须优先考虑的问题。
标准化与兼容性： 随着技术的多元化，充电接口、通信协议等标准的统一和兼容性问题，将成为行业发展需要解决的重要课题，以避免用户在使用过程中遇到不便。
尽管如此，我们有理由相信，在科研人员和产业界的共同努力下，这些挑战都将被逐步克服。这项技术不仅仅是“快”的代名词，更是对电动汽车使用场景的一次彻底解放。它预示着一个更加便捷、高效、环保的出行新时代的到来，让我们拭目以待！
“充电十分钟，续航 400 公里”——这句听起来颇具科幻色彩的宣传语，如今正逐渐照进现实，成为新能源汽车领域最激动人心的话题之一。这背后蕴藏的，是锂电池快充技术的飞跃式发展，它不仅关乎我们日常用车体验的便利性，更可能重塑整个汽车产业的格局。
技术突破：从“慢充”到“闪充”的质变
一直以来，续航里程和充电速度是制约电动汽车普及的两大瓶颈。虽然过去几年电动汽车的续航能力有了显著提升，但“里程焦虑”依然是不少潜在消费者心中的顾虑。而充电速度，更是让人望而却步——一次长途旅行，可能需要数小时的等待才能将电池“喂饱”，这与传统燃油车几分钟加满油的便利性相比，差距显而易见。
“充电十分钟，续航 400 公里”的技术，本质上是对现有锂电池充电模式的一次彻底颠覆。我们不妨从几个关键的技术层面来理解这场“闪充”革命：
更高的功率输入： 实现如此极速的充电，首先需要的是巨大的功率输出。这不仅仅是电池本身的潜力，更需要充电桩、充电线缆以及车辆的电池管理系统（BMS）协同工作，能够承受和管理远超目前主流快充桩的电流和电压。想象一下，一个普通家庭的插座功率可能在 23kW，而一辆电动汽车的快充功率可能在 100kW 甚至更高。而这项新技术，则可能将这个数字推向 500kW、800kW，甚至 1MW 的级别。
新型电池材料与结构： 传统锂离子电池在快速充电时，会面临一些挑战。例如，锂离子在负极材料（通常是石墨）中的嵌入速度有限，过高的电流容易导致锂枝晶的析出，这不仅会降低电池的容量，更存在安全隐患。为了突破这一限制，科学家们正在大力研发新型负极材料，例如硅基负极。硅比石墨拥有更高的理论容量，且在充电过程中能够吸收更多的锂离子，从而支持更高的充电倍率。同时，对正极材料的改良，以及电池内部结构的优化，例如采用更细的电解液通道、优化电极片设计等，都能有效提升离子传输效率，加速充电过程。
先进的电池管理系统（BMS）： 如此高的功率输入，对电池的管理提出了前所未有的挑战。BMS 就像电池的“大脑”，它需要实时监测电池的温度、电压、电流以及各个电芯的健康状态。在极速充电过程中，BMS 需要能够精准地控制充电电流和电压，防止电池过热、过充，从而保证充电的安全性和电池的寿命。新型的 BMS 可能会采用更先进的算法，甚至结合人工智能技术，来预测和管理充电过程中的各种风险。
热管理技术的革新： 快速充电必然伴随着大量的热量产生。如果无法有效地将这些热量排出，电池温度会迅速升高，不仅影响充电效率，更会严重缩短电池寿命，甚至引发安全事故。因此，高效的电池热管理系统至关重要。这可能涉及到更先进的液冷技术、相变材料的应用，或者全新的散热设计。试想一下，在短短十分钟内完成 400 公里的续航补给，意味着电池在极短的时间内承受着巨大的能量冲击，如果没有强大的“冷却”能力，这无疑是一场“玩火”。
颠覆性影响：重塑出行与产业生态
这项技术一旦成熟并大规模应用，其影响将是深远的，足以改变我们对汽车使用习惯的认知：
消除“里程焦虑”和“充电焦虑”： “充电十分钟，续航 400 公里”，这个续航里程已经能够满足绝大多数日常通勤和短途出行的需求。而充电时间，则缩短到了和加满一箱油相差无几的水平。这意味着，电动汽车的便利性将与燃油车持平，甚至在某些方面超越燃油车（例如，无需找加油站，家门口就能“加油”）。曾经让许多人犹豫不决的“里程焦虑”和“充电焦虑”，将成为历史。
加速电动汽车的普及： 当电动汽车的便利性与燃油车相当，甚至在体验上更佳时，消费者转向电动汽车的意愿将大大增强。这将加速全球汽车产业向电动化转型的步伐，推动传统汽车巨头加速淘汰燃油车生产线，并大力投资电动汽车的研发和生产。
重塑充电基础设施： 为了支持如此高功率的充电，现有的充电基础设施需要进行升级改造。这意味着需要建设更大功率的充电桩，以及更强大的电网接入能力。这无疑是一个巨大的投资，但也催生了新的商业机会。未来，充电服务可能会从“等待”变成“享受”，就像走进一家星级酒店，短时间内就能为爱车“充饥续力”。
推动电池技术的持续进步： 市场的需求是技术创新的强大驱动力。这项技术的出现，将进一步激发电池厂商在材料、结构、管理等方面的持续创新。我们可能会看到更多下一代电池技术的出现，例如固态电池、钠离子电池等，它们可能在能量密度、安全性、成本等方面带来更进一步的突破。
对能源结构提出更高要求： 如此高功率的充电需求，对电网的负荷提出了更高的要求。尤其是在电动汽车大量普及的情况下，如何在高峰时段保证充足的电力供应，并减少对环境的影响，将是重要的课题。发展可再生能源，优化电网结构，提高能源利用效率，将变得更加迫切。
挑战与展望：从实验室到街道
尽管“充电十分钟，续航 400 公里”的前景令人振奋，但从实验室的突破到大规模的商业化应用，仍然存在不少挑战：
成本问题： 采用新型材料和先进技术的电池，以及配套的高功率充电设备，初期成本往往会比较高。如何降低生产成本，让更多消费者能够负担得起，是技术推广的关键。
电池寿命与衰减： 极速充电虽然带来了便利，但长期来看，是否会对电池的寿命造成不可逆的影响？电池的循环寿命和容量衰减问题，仍需要大量的实际测试和数据验证。
安全性保障： 如此高的功率充放电，对电池的安全性提出了极其严苛的要求。任何一个环节的疏忽，都可能带来严重的后果。如何在保证充电速度的同时，将安全风险降到最低，是技术研发和应用过程中必须优先考虑的问题。
标准化与兼容性： 随着技术的多元化，充电接口、通信协议等标准的统一和兼容性问题，将成为行业发展需要解决的重要课题，以避免用户在使用过程中遇到不便。
尽管如此，我们有理由相信，在科研人员和产业界的共同努力下，这些挑战都将被逐步克服。这项技术不仅仅是“快”的代名词，更是对电动汽车使用场景的一次彻底解放。它预示着一个更加便捷、高效、环保的出行新时代的到来，让我们拭目以待！
网友意见
先说个题外话，在Joule那篇论文里，作者把这个技术叫做Asymmetric Temperature Modulation，简称是ATM，于是满篇的“自动提款机”，哈哈哈。
我觉得作者很棒的一点是：打破了传统上锂电池中对“热”的偏见。
一直以来，人们是不希望，甚至极力避免电池发热的。因为一旦过热，锂电池就是个炸药包。从三星手机到特斯拉电动车，很多自然事故，本质上都是电池局部过热引起的。所以商业化的电池最重要的测试指标之一就是高温状态的安全性测试。
但“热”对电池的也是有好处的。理论上，“热”可以极大提升离子的迁移速率。在锂电池中，离子负责电子的转移，也就是说高的迁移速率可以让电池实现快速充电。
总结一下：对于锂电池，不希望太热，会爆炸；又希望热一点，可以快充。
这篇论文最大的贡献就是：找到了“热”的平衡点，保证安全，又可以快充。
当然，论文中还做了很多ATM技术对电池循环过程中电化学性质的影响，包括充放电，SEI生长等，工作很全面。
新技术的诞生一定是基于前期技术积累。作者之所以能做出这个工作，因为他们做了很多如何改善电池温度性能的研究。比如这篇Proc. Natl. Acad. Sci. 2018, 115, 7266–7271，他们就试过提升-50摄氏度的电池性能，算是对这篇joule的前期探索。
关于“快充”再说句题外话：以前听过一个企业方的报告，他说现阶段快充并不是电池主要问题，甚至还有些负面效应。因为电池，特别是车的电池，快充后功率太大，电网不一定受得了。对于新能源产业来说，电池和电网是一个生态系统，需要二者协同共进。
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