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新型锂离子电池切割撞击点燃照样能用

发布日期:2020/1/14

 


     近日科学家们制造出一种几乎不新型锂离子电池,经受切割、弯曲、撞击、液体浸泡甚至于被点燃后仍然可以正常供电。锂离子电池塑造了现代世界。这些电池是从手机、笔记本电脑到电动汽车等大多数可充电设备的核心。虽然锂离子电池能够反复充放电,而且能量密度很高,但也存在着自身的缺陷。


     锂离子电池有毒、而且易燃,这意味着即使是最小的破损也可能导致锂离子电池发生爆炸。


     由约翰霍普金斯应用物理实验室物理学家领导的一组研究人员坚信能够发明出更安全的电池。在过去的五年里,他们一直在开发一种不会失效的锂离子电池。2017年,他们与马里兰大学(University of Maryland)的研究人员合作,首次展示了这种坚固耐用的电池,经受切割、撞击、弯曲和浸泡后仍然可以正常供电。去年年底,约翰斯·霍普金斯大学的研究小组又前进了一部,使其具有防火性能,并将电压提高到与商业产品相当的水平。


     领导这项研究的约翰霍普金斯应用物理实验室资深科学家康斯坦第诺斯·吉拉索普洛斯(Konstantinos Gerasopoulos)指出,制造坚不可摧锂离子电池的秘密在于电解液,正是这种化学物质将电池的正极和负极分开。当你使用锂离子电池时,带电锂粒子从阳极到阴极穿过电解质中的屏障,在其中进行化学反应并产生能量。


     大多数锂离子电解质是易燃锂盐和有毒液体的混合物,这意味着“在今天的锂离子化学研究中,实际上是一个可能会导致灾难的配方。”约翰霍普金斯应用物理实验室材料科学项目经理杰夫·马兰奇(Jeff Maranchi)说。如果分隔阴极和阳极的可渗透屏障崩溃,就会造成电池短路并产生大量的热量。当所有的热量都接触到高度易燃的锂离子电解液时,锂离子电池就会发生起火爆炸。


     水性电池避免了所有这些问题,因为电解质是水基的,因此既不易燃也无毒。它们已经存在了25年,但由于能量太弱而无法发挥作用。研究小组发现,通过增加锂盐的浓度,并将电解液与一种类似于软塑料的聚合物混合,可以将电势能从1.2伏特提高到4伏特,这与目前的商用锂离子电池相当。
当吉拉索普洛斯和他的同事们在这种新型电解质中加上商用的阴极和阳极时,得到了一个从未见过的锂离子电池。它像隐形眼镜一样透明,可弯曲、无毒且不易燃,可以在露天环境中生产和操作,更不需要外壳。最重要的是,它可以承受各种冲击和破坏。



     图示:新型电池核心的电解质是锂盐和一种不会着火或爆炸的软塑料材料聚合物。


     在测试中,研究人员将设备浸入盐水中,用剪刀剪开它,用空气炮模拟弹道对电池进行冲击,然后点燃。在每一次测试中,电池都能够不间断地发出电流。在燃烧测试后,研究人员将烧焦的电池部分切掉,电池能够继续正常工作100小时。


     马兰奇说,这种新型的水基电池不仅仅是属于实验室里的新奇东西。研究团队已经在与一些不愿透露姓名的制造商在进行谈判。他们说,这些制造商可以毫不费力地将新型化学物质和制造方法整合到现有的锂离子生产设施中。他说,这种电池可能会在两年内上市,而且会应用到以前锂离子电池没有涉足的领域.


     由于其天然的柔韧性,可以被整合到可穿戴电子产品中,甚至最终直接整合到服装纤维中。这种新型电池的坚固性也能够应用于军事和科学研究领域,比如自动水下航行器、无人机和卫星。


     还有一些技术障碍需要克服,比如如何增加电池的可充电次数。一块典型的智能手机电池充放电次数可以超过1000次,但是这种新型锂离子电池在充电100次后就开始失去效率。吉拉索普洛斯说,对电解质化学配方进行微调应该可以解决这个问题。


     或许,锂离子电池会发生爆炸的时代就要结束了。




来源:网易科技

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