美国研发防撞防火锂电池 遇外力刺激就会变硬

来源:钜大LARGE    2018-08-27    点击量: 192
不管是笔记本电脑自燃、智能手机爆炸,这些3C意外似乎都直指锂离子电池故障因素,让不少人开始担心自己的手机是否暗藏爆炸风险。为减少大众疑虑,现在已有许多科学家投入电池防爆技术,像是美国橡树岭国家实验室(ORNL)便打包票自家电池不会因为受到撞击而起火,相反地,其中的液态电解质会变硬、防止电池变形爆炸。
 
锂离子电池为储能技术龙头,主要由正极、负极、隔离膜与电解质构成,锂离子则透过电解质在电极两端游移,其中隔离膜主要功能为隔绝正负极、防止电池自放电及两极短路等问题,但只要受到冲击或是撞击,可能都会造成电池短路或是爆炸。
 
目前已有科学家提出诸如固态电解质等解决方案,但固态电池成本高、稳定性较低,厂商也得大大改变电池生产工艺,因此美国橡树岭国家实验室研发出一种既低成本又实用、受到撞击反而会变坚硬的电池。
 
该团队的灵感来自于儿童玩具“Oobleck”(欧不裂),乍看之下它只是个装有玉米淀粉溶液的塑料玩具,但只要拍打或是撞击就会变硬。如果想要在家进一步实验,也可以把玉米淀粉与水倒进水盆,均匀搅拌之后就可以直接站在“水面”上、甚至在上方跳动都不会沉入水中。
 
将粉末状二氧化硅(蓝色容器)添加到分离测试电池(金袋)内的电极的聚合物层(白色片)中将防止锂离子电池发生火灾。(图自:GabrielVeith)
 
这种液体为非牛顿流体(non-Newtonianfluid)种类中的“剪切增稠流体”,正常状态下可保持液态,在受到冲击或受力时液体结构就改变,黏度、硬度与体积都会上升,可大大降低电池与电极变形的危险。
 
不过该团队当然不是在电池中添入玉米淀粉,他们在电解质加入二氧化硅来达到相似效果,研究负责人GabrielVeith表示,电池电解质受撞击时会凝固,能防止电极在电池坠落与撞击中损坏,假如电极无法相互接触,电池就不容易起火。且该技术的好处在于,厂商只需要微调电池部分工艺即可。
 
传统电池工艺是在电池完工之后,再注入电解质并封装,但若是采用剪切增稠流体技术,电解质可能在注入途中就开始凝固了,因此研究首先将二氧化硅颗粒放入电池,之后再添加电解质。
 
Veith指出,研究采用直径约200纳米的二氧化硅粒子,如果这些粒子尺寸相当,就可均匀分布在电解质中;若粒子尺寸不一,电解质在电池受到撞击时就不会变得黏稠了。
 
为了让电池更加安全与实用,也有许多团队正如火如荼研发二氧化硅剪切增稠流体电池,但Veith认为团队新型二氧化硅颗粒不管是在制造容易程度,还是抗阻力、反应力等性能上都比以往的研究还要好。
 
未来该团队还会持续改善电池性能,希望电池在撞击受损之后还可维持运作,目前该技术首先会应用于无人机,最终目标是用于电动车。而团队也同时为美国士兵打造防弹电池,Veith表示,美国军人平均日携带各8公斤重的电池与防弹衣,如果可以让电池用于防弹,军人将可减少8公斤的负担。
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