鉅大LARGE | 點擊量：1025次 | 2018年08月30日
美國研發(fā)防撞防火鋰電池 遇外力刺激就會變硬
不管是筆記本電腦自燃、智能手機爆炸，這些3C意外似乎都直指鋰離子電池故障因素，讓不少人開始擔(dān)心自己的手機是否暗藏爆炸風(fēng)險。為減少大眾疑慮，現(xiàn)在已有許多科學(xué)家投入電池防爆技術(shù)，像是美國橡樹嶺國家實驗室(ORNL)便打包票自家電池不會因為受到撞擊而起火，相反地，其中的液態(tài)電解質(zhì)會變硬、防止電池變形爆炸。
鋰離子電池為儲能技術(shù)龍頭，主要由正極、負極、隔離膜與電解質(zhì)構(gòu)成，鋰離子則透過電解質(zhì)在電極兩端游移，其中隔離膜主要功能為隔絕正負極、防止電池自放電及兩極短路等問題，但只要受到?jīng)_擊或是撞擊，可能都會造成電池短路或是爆炸。
目前已有科學(xué)家提出諸如固態(tài)電解質(zhì)等解決方案，但固態(tài)電池成本高、穩(wěn)定性較低，廠商也得大大改變電池生產(chǎn)工藝，因此美國橡樹嶺國家實驗室研發(fā)出一種既低成本又實用、受到撞擊反而會變堅硬的電池。
該團隊的靈感來自于兒童玩具“Oobleck”(歐不裂)，乍看之下它只是個裝有玉米淀粉溶液的塑料玩具，但只要拍打或是撞擊就會變硬。如果想要在家進一步實驗，也可以把玉米淀粉與水倒進水盆，均勻攪拌之后就可以直接站在“水面”上、甚至在上方跳動都不會沉入水中。
將粉末狀二氧化硅(藍色容器)添加到分離測試電池(金袋)內(nèi)的電極的聚合物層(白色片)中將防止鋰離子電池發(fā)生火災(zāi)。(圖自：GabrielVeith)
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
這種液體為非牛頓流體(non-Newtonianfluid)種類中的“剪切增稠流體”，正常狀態(tài)下可保持液態(tài)，在受到?jīng)_擊或受力時液體結(jié)構(gòu)就改變，黏度、硬度與體積都會上升，可大大降低電池與電極變形的危險。
不過該團隊當(dāng)然不是在電池中添入玉米淀粉，他們在電解質(zhì)加入二氧化硅來達到相似效果，研究負責(zé)人GabrielVeith表示，電池電解質(zhì)受撞擊時會凝固，能防止電極在電池墜落與撞擊中損壞，假如電極無法相互接觸，電池就不容易起火。且該技術(shù)的好處在于，廠商只需要微調(diào)電池部分工藝即可。
傳統(tǒng)電池工藝是在電池完工之后，再注入電解質(zhì)并封裝，但若是采用剪切增稠流體技術(shù)，電解質(zhì)可能在注入途中就開始凝固了，因此研究首先將二氧化硅顆粒放入電池，之后再添加電解質(zhì)。
Veith指出，研究采用直徑約200納米的二氧化硅粒子，如果這些粒子尺寸相當(dāng)，就可均勻分布在電解質(zhì)中;若粒子尺寸不一，電解質(zhì)在電池受到撞擊時就不會變得黏稠了。
為了讓電池更加安全與實用，也有許多團隊正如火如荼研發(fā)二氧化硅剪切增稠流體電池，但Veith認為團隊新型二氧化硅顆粒不管是在制造容易程度，還是抗阻力、反應(yīng)力等性能上都比以往的研究還要好。
未來該團隊還會持續(xù)改善電池性能，希望電池在撞擊受損之后還可維持運作，目前該技術(shù)首先會應(yīng)用于無人機，最終目標(biāo)是用于電動車。而團隊也同時為美國士兵打造防彈電池，Veith表示，美國軍人平均日攜帶各8公斤重的電池與防彈衣，如果可以讓電池用于防彈，軍人將可減少8公斤的負擔(dān)。
