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一種探測器，用於(yu) 揭開使用大型鋰離子電池來驅動汽車並且儲(chu) 存可再生能源的奧秘，同時消除其中潛在的危險。

他們(men) 的解決(jue) 辦法是采用專(zhuan) 門用於(yu) 探測磁場的超靈敏新型探測器，這種探測器可以繪製出所給電池的磁場圖像，表明該電池是否有缺陷並且精確顯示剩餘(yu) 電量。

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

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

其中一個(ge) 問題是：“我應該買(mai) 這輛二手電動汽車嗎？”另一個(ge) 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(ge) 領域，你必須要選擇最好最好的電池。”上述研究的合著者、紐約大學的化學教授Alexej Jerschow說。他是電池診斷領域的專(zhuan) 家。

對缺乏經驗的消費者來說，電動汽車會(hui) 產(chan) 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(hui) 自己停下來。但是電動汽車的電池在低於(yu) 某一電量的時候仍會(hui) 持續工作，如果駕駛員忽略了相關(guan) 警告，電池就會(hui) 走向自毀。

不過新型的超靈敏磁場探測器可以繪製出電池周圍的不可見磁場。這可以指導鋰電池製造商發現電池有缺陷的部分，並且告訴駕駛員一個(ge) 更加精確的電池剩餘(yu) 電量。

使用中或製造過程中的電池在受到衝(chong) 擊時會(hui) 產(chan) 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域的變化，在產(chan) 生更大的問題前定位缺陷，Jerschow說。

發電廠開始使用汽車大小的多電池組裝置來存儲(chu) 太陽能與(yu) 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(ya) 利桑那州發生了一係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(shang) 。

Jerschow說，隨著鋰電池越來越輕便，電量也越來越高，它們(men) 的使用範圍會(hui) 越來越廣泛。比如，小型電動飛機會(hui) 在五到十年內(nei) 出現。和儲(chu) 存可持續能源的電池一樣，電動飛機可以幫助減少溫室氣體(ti) 排放，但是需要更加嚴(yan) 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(cong) 流水線上抽取一些電池並將它們(men) 拆開。有時這一過程會(hui) 造成新的損傷(shang) 。Jerschow與(yu) 其同事的目標就是避免這一步驟，采用損傷(shang) 小、成本低但是更完善的工藝。

一開始Jershcow認為(wei) 答案可以參考醫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(chan) 生詳細的圖像。這些圖像可以揭示大腦、脊柱和其他身體(ti) 器官的異常。但是隨後Jershcow發現德國科學家正在開發一種更小但是功能更強的傳(chuan) 感器，可以探測到更微弱的磁場。

與(yu) 德國約翰內(nei) 斯古騰堡大學、美因茨亥姆霍茲(zi) 研究所的全球知名磁場測量專(zhuan) 家Dmitry Budker合作，Jershcow和其他科學家完善了理論並且合作製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。現在他們(men) 正計劃確認這一設備在電池製造、電動汽車、公共設施甚至二手車市場的商業(ye) 前景。

“我們(men) 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。”Jerschow說。他預測在未來市場也會(hui) 幫助解決(jue) 一個(ge) 更加遙遠的問題：處理數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；然後它們(men) 會(hui) 麵臨(lin) 一個(ge) 關(guan) 鍵的回收問題。某些電池仍有殘餘(yu) 壽命，也許可以作為(wei) 其他地方的儲(chu) 能設備。而另一些電池留有可回收的高價(jia) 值材料，也會(hui) 殘留一些無法填埋的有毒物質。

我們(men) 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：常灝傑

審校：曾小歡

引進來源：科學美國人

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