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【前沿】锂电池技术难以突破 看全球科学家发明了哪些替代品?

导读: 全球各地的研究人员都在竞相研发更优秀更便宜的电池,因为其市场需求正在不断增加。由于新的联合国气候协议敦促各国改变对化石能源的依赖,更多通过电池驱动的电动汽车正在进入市场,还有更多的太阳能和风能发电设施需要电池来储存电力以备天气不好的日子所需。

  “悬浮滑板”是一种有趣的自平衡滑板车,却会在使用中起火。有些大学和航空公司因此禁止使用或携带它们。至于起火的元凶就是锂离子电池。这类电池应用广泛,尤其是消费类电子产品,还曾导致电动汽车和运输机起火。由于锂离子电池存在过热的风险,美国政府已经大量召回了这类电池。

  现在,斯坦福大学的研究人员或许有了解决方案。他们在最近一期的《自然》杂志上发表研究成果,一种会在过热前自动关闭并在温度下降后迅速重启的锂离子电池。合著的著名华裔化学家鲍哲楠指出,这种电池大规模生产的可能性非常之高,它大部分材料都是便宜的塑料和镍,并且电池重启后不会降低效率。

  与此同时,全球各地的研究人员都在竞相研发更优秀更便宜的电池,因为其市场需求正在不断增加。由于新的联合国气候协议敦促各国改变对化石能源的依赖,更多通过电池驱动的电动汽车正在进入市场,还有更多的太阳能和风能发电设施需要电池来储存电力以备天气不好的日子所需。

  所以,全球科学家们研制出了性能各异的电池。比如最近,一个来自劳伦斯伯克利国家实验室的团队称,他们正在研究用新的方法来制造电池阴极以提升性能,阴极是电池的关键组成部分。由于锂电池存在起火隐患,有些研究旨在降低电池起火的风险。去年,一个哈佛大学团队首次发明了一种不易燃的流体电池,这种电池能在外部储液罐中储存电网级别的电能。而麻省理工学院的研究人员发表论文称,用固体替代液体来作为电解液,以提高锂离子电池的安全性。

【前沿】锂电池技术难以突破 看全球科学家发明了哪些替代品?

  有些研究者则在考虑将阻燃剂添加进电解液中,携带带电粒子的电解液位于电池两极之间。去年,斯坦福工程师崔屹制造出一种“智能”电池,能在变得太热之前预警。而本次研究的另一合著者崔屹则表示:“可是很遗憾,这些技术都是不可逆的,因此电池在过热后会失效。”

  为了解决这个重大问题,他和同事将目光转向纳米技术。鲍哲楠最近发明了一种用于监测人体体温的可穿戴式传感器,这让崔屹大受启发。将传感器嵌入镍微粒材料,形成表面突出的金属微粒。

  传统锂离子电池的危险性

  高效能锂离子电池是消费电子产品、电动汽车和电网能源储备上最需要的。然而,锂离子电池的能量密度、电力密度和周期数在过去20年中都得到了巨大的提升,电池安全却依然存在着重要的隐患。而当电池遭遇极端状况,电池的高比能量密度能够提升其积极反应能力。

  传统的锂离子电池(LIBS)是由易燃的有机电解质和电极材料(通常为金属氧化物)所组成,它们可以在熔点130℃-160℃下由多孔聚烯烃分离器分开。这样的电池需要在高电压下工作,超越了热力学稳定性。而大量的热力聚集会导致短路或过度充电,电池隔板被融化,造成电池两级和电解质的放热反应,进而形成毁灭性的“热失控”。

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