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由于商用高比能量（即>200Wh/kg）鋰離子電池（LIBs）的極端快速充電（XFC）性能不足（即充電時間少于15分鐘以達到80%的充電狀態），電動汽車的大規模采用受到了阻礙。

圖1 XFC的主動熱交換策略

美國勞倫斯伯克利國家實驗室Ravi S. Prasher等建議通過主動熱交換（ATS）來調節電池自身產生的熱量，以實現商業鋰離子電池的XFC。

具體而言，這項工作提出了一種熱調制充電協議（TMCP），它通過主動熱開關（ATS）結合了電池和系統級策略的理想特性。研究證明，在開關關閉的XFC期間保留熱量可以提高電池的動力學性能，而在開關打開的XFC之后散去熱量可以減少電池中的有害反應。

受益于對電池自發熱量的有效利用，這種方法不依賴于額外的熱源，因此是完全非侵入性的。此外，在各種熱協議下對商用高能量密度C||LCO LIBs的概念驗證研究表明，這種TMCP始終優于現有的熱協議。

圖2 不同XFC協議下的電池性能

結果，在不修改電池材料或結構的情況下，所提出的XFC方法可在<15分鐘的充電和1小時的放電條件下使電池可靠運行，這超過了美國能源部的關鍵目標。電化學分析、光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡（SEM）和X射線斷層掃描的表征表明，XFC性能的提高可歸因于XFC期間析鋰的緩解和ATS放電期間副反應的減少。

此外，為將這種方法與現有的電池熱管理系統（BTMS）實際結合起來，作者采用一種具有成本效益的形狀記憶合金開發了一種質量和體積都很小（與電池相比分別為1.4%和3.0%）的ATS裝置，它有可能在商用電池模組中實現XFC。

圖3 與BTMS集成后的性能

Extreme fast charging of commercial Li-ion batteries via combined thermal switching and self-heating approaches. Nature Communications 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-38823-9

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Nature子刊：通過主動熱交換助力商用鋰離子電池<15分鐘快充

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