美国研发防爆锂电池兼具高性能和安全性

2016-01-16 11:58

　　斯坦福大学化学工程教授Zhenan Bao 表示：“人们已经尝试了不同的策略来解决锂离子电池意外火灾的问题，我们已经设计出首款可在重复冷热循环的过程中进行自动关闭和恢复的电池，并且性能不受任何影响。”

　　典型的锂离子电池包括两个电极和一种电解液或凝胶电解质，电解液携带电极之间的带电粒子。穿刺、短路或超时充电电池都会发热。如果温度达到高于300华氏度（150摄氏度），电解质可能会着火，并引起爆炸。

　　之前曾采用过几种技术来防止电池火灾，如在电解质中添加阻燃剂。2014年，斯坦福大学的工程师Yi Cui创造出一种"智能"电池，一旦电池温度过高，可进行充分预警。

　　光子学、材料科学与工程副教授Cui表示：“但是，这些技术具有不可逆性，一旦电池温度过高，电池性能就会大大耗损。显然，尽管迄今已做出了许多努力，电池的安全性仍然是一个重要的问题，需要一种新的解决方法。”

　　在电池实验中，研究人员在针尖状的镍颗粒的外部涂上一层石墨烯以防止镍随着时间降解掉，然后在弹性的聚乙烯薄膜上镶嵌高低不平的纳米镍颗粒薄膜，放在一个电池的电极和金属集流体之间。

　　在常规温度下，针尖状的镍相互咬合并能轻易导电；在高于正常温度的情况下，塑料（聚乙烯）薄膜会发生膨胀将镍分开并关闭电子的流动。研究人员说，他们可以通过调整膨胀和收缩的程度以控制电池运行的温度范围。

　　当研究人员将电池加热到高于160°F（70℃）时，聚乙烯薄膜迅速膨胀成像一个气球，针尖状的镍颗粒就会分离，电池会自动关闭。但是，当温度下降回落到160°F（70℃），聚乙烯会收缩，电池又可以开始充电。

　　为了测试新材料的稳定性，研究人员反复用热空气枪给电池施加热量，每一次电池都能在冷热中关闭和恢复。（文/Tina译）

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