此類升級旨在解決所承諾的電動車革命的重大障礙。拜登政府正在努力增加電動車的擁有量，雄心勃勃地推動減少溫室氣體排放，總統希望到 2030 年電動車將占美國所有新車銷售的一半（高於 2023 年上半年汽車銷量的約 8%） ）。但最近發生的事故，例如芝加哥的汽車熄火，顯示隨著未來天氣變得更加極端，當前的電動車技術可能會陷入困境：氣候變遷繼續推高全球平均氣溫，但這擾亂了長期以來調節地球天氣的模式－因此，整體暖化可能會帶來更嚴重的寒流。

「極冷會為電池充電帶來安全風險，」國家再生能源實驗室電化學儲能小組的研究員保羅·加斯珀（Paul Gasper）說。科學家普遍認為鋰離子電池在相對較窄的溫度範圍內使用是安全的——大約 32 至 140 華氏度（零至 60 攝氏度），但估計有所不同。美國汽車協會在 2019 年發現，當室外溫度達到 20 華氏度（零下 7 攝氏度）時，電動車的平均行駛里程比 75 華氏度（24 攝氏度）時的行駛里程下降 12%。深入研究為電動車電池提供動力的化學物質。

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體溫檢查

當電動車電池充滿電時，攜帶電荷的鋰離子會透過液體電解質從每個電池的一端移動到另一端（正極和負極之間）。然後，當汽車在行駛過程中消耗電池儲存的能量時，離子就會以相反的方向穿梭回去。如果電池變冷（例如在寒流中），陽極和陰極之間的液體通道就會變厚，從而減慢離子的速度。這意味著較冷的電池可能需要更長的時間來充電，並且它們可能會比在較溫和的溫度下更快地失去電力。

在低於 32 華氏度時為汽車充電可能會導致鋰離子堆積在陽極表面，因為顆粒移動速度不夠快。這些離子團塊（稱為電鍍）會導致電池短路，甚至引發爆炸。 （不過，與汽油動力汽車相比，電動車起火的情況相對較少，研究人員正在研究自行熄滅電池的設計。）

最重要的是，整個電動車加班加點地工作以預熱。它的熱管理系統可以調節電池、電動馬達和其他零件的溫度，同時也消耗電力。當駕駛打開駕駛室的熱量時，電池必須為暖通空調系統和其他設備（例如除霜器和座椅加熱器）供電。配備內燃機的汽油動力汽車也確實會受到寒冷的影響。根據美國能源部的數據，與 77 華氏度（25 攝氏度）時相比，在 20 華氏度時，它們的燃油經濟性會下降約 15%。但電動車在華氏 20 度時的等效損耗可能達到 39%。

極端炎熱的天氣也會損害電動車的性能。較高的溫度會加速離子的移動，在某一點上會引發一系列意想不到的化學反應，這些反應會在汽車的使用壽命內降低電池組件（包括電解質）的性能。 AAA 報告稱，當室外溫度達到 95 華氏度（35 攝氏度）並且駕駛員打開空調時，行駛里程可能會減少 17%。

人工智慧調整

修改汽車軟體可以更好地利用市場上已有的電池。特斯拉和其他配備先進車載電腦的電動車使用複雜的人工智慧模型來確保電池安全且有效率地運作；這些人工智慧程式分析來自溫度和電壓感測器的數據，以防止電池過度充電，並預測汽車在剩餘電量下可以行駛多遠。特斯拉還有一項稱為預處理的功能，即汽車將電池加熱或冷卻到適當的充電溫度。但加斯珀說，這些模型需要一些改進。

他解釋說，一方面，它們可以更好地定制，以考慮電池的健康狀況，因為電池會隨著時間的推移而退化。他還認為人工智慧模型可以推動汽車在更廣泛的溫度範圍內取得成功（例如透過分配冷卻劑或控制風扇），而不會對汽車或駕駛員造成風險。加斯珀說，隨著這些模型的改進，我們可以更好地相信電動車能夠「在盡可能廣泛的操作窗口內」安全地管理電池。

蘇格蘭斯特拉斯克萊德大學副教授、電氣工程師 I. Safak Bayram 表示，目前人工智慧模型只能為駕駛員提供電池當前充電水平和健康狀況的近似資訊。他補充說，這就是為什麼電動車駕駛經常會遇到車輛行駛里程估計值突然下降的情況。今年 1 月，在芝加哥，一名 Uber 司機被困，儘管他的車顯示電池電量還剩 30 英里。

但加斯珀表示，更智慧的人工智慧模型只能將汽車推向目前為止。將電動車在承受極端溫度方面提升到一個新的水平還需要電池技術本身的進步。

更好的電池

科學家們正在嘗試多種策略來使電池更具耐候性。一種有前景的方法是改進電解質。加州大學聖地牙哥分校的材料科學家和工程師 Cheng Chen 及其同事發明了一種新型電解質，在低至 –40 華氏度（–40 攝氏度）和高達 122 攝氏度的實驗室測試中表現良好F（50 攝氏度），根據研究人員2022 年發表的一項研究。

該團隊透過將鋰鹽與一種名為二丁醚的溶劑混合來實現這一目標，二丁醚很容易穿過鋰離子，即使在零度以下和超高的溫度下也能保持液態。儘管配方很有希望，但很難說它是否可以大規模使用商用電池零件。這種公式可能不是唯一的解決方案：汽車製造商在鋰離子電池中使用各種材料，他們不斷調整這些材料以跟上技術進步並確保例如更便宜的組件或更遠的續航里程。陳說，沒有一種溶劑或金屬鹽可以與市場上的所有電池材料相匹配。

加斯珀表示，雖然很難找到在不同的現實條件下表現出色的電解質和其他材料，但人工智慧可以幫助加快發現過程。研究人員受製藥業已經用於藥物發現的技術的啟發，對機器人進行了編程，以測試候選物質。

一些專家認為自熱電池可能是幫助電動車抵禦寒冷的另一種方法。 2018 年，賓州州立大學的科學家宣布，他們加入鎳箔製造了這樣一種電池，當電池溫度降至室溫以下時，鎳箔可以攔截電子。捕獲的電子使箔片變暖，進而加熱整個電池。科學家表示，即使在低至華氏 –58 度（–50 攝氏度）的溫度下，電池也能快速充電。其他方法，例如利用汽車馬達的電流脈衝，也可以預熱電池，以便在寒冷的情況下更快地充電。

但電動車工程師面臨著一個困境，他們稱之為「AND問題」：設計一種在各種環境下高效工作的電池是很困難的 和 仍然負擔得起且持久。 「我們試圖平衡成本、性能和安全性，」陳說。汽車公司可能會根據其優先事項以不同的方式處理這些因素。例如，有些人更重視更高的性能而不是經濟性，並且可以採用更昂貴的電池材料。這就是為什麼價格較高的電動車往往具有較高的行駛里程。

加斯珀建議，最終，最好是針對全國和世界各地的特定氣候量身訂做電池設計。在靠近兩極的地區，駕駛者會使用適合寒冷的電池。同時，耐熱電池對於生活在赤道地區的人來說尤其重要。在那裡，熱量刺激下更快的化學反應可能會降低電池性能，這可能會導致收入低於全球平均水平的地區電動車的長期成本上升。 「這是一個經濟正義問題，」加斯珀說。該行業尚未成熟，但電動車專家知道他們需要解決這個問題。