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美国大学为锂金属电池打造“泄洪道” 电池短路时不会着火或爆炸

Apr 26
admin 2020-04-26 15:59 选杨方配资靠谱www.0002ys89.cn   浏览量:   次

  研究人员表示:“我们不是试图阻止电池发生故障,而是让其更加安全,这样一来,当电池发生故障时,不会着火或爆炸,产生灾难性后果。”

  在测试中,配备了新隔膜的锂金属电池在20至30次充放电循环之后才显示出逐渐失效的迹象。与此同时,配备普通(以及略厚)隔膜的电池仅在1次充放电循环后,就突然发生故障。

  其他的电池研究工作都集中于采用足够坚固的材料来打造隔膜,从而阻止树突穿透隔膜。但是,此种方法的问题是,只是拖长了无法避免的后果发生的时间。此类隔膜仍需要具备孔隙,让离子通过,从而让电池能够工作。因此,如果树突最终突破隔膜时,电池短路的情况只会更糟。加州大学圣地亚哥分校研究小组不是阻止树突穿透隔膜,而是试图减轻其带来的影响。

  研究人员表示:“当大坝开始溃决时,人们就会打开泄洪道,让某些水以一种可控的方式流出,如此一来,当大坝真的决堤并往外溢出水时,也没有多少水可以引发成洪水了。这与我们研发的隔膜类似,我们慢慢排出电荷,防止电子“泛滥”到阴极。当树突被隔膜的导电层拦截时,该电池会开始自我放电,所以,当电池真的短路时,也没有足够的能量来引发危险情况了。”

  据外媒报道,美国加州大学圣地亚哥分校(University of California San Diego)的纳米技术工程师们研发了一种安全功能,可以在锂金属电池内部短路时,防止其迅速升温并着火。该团队对电池中称为“隔膜”(电池阴阳极之间的屏障)的部分进行了巧妙调整,从而可以在电池短路时,让电池内部积聚的能量(即热量)的流动速度减慢。

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  锂金属电池在反复充电后,阳极上会生长一种称为“树突”的针状结构,从而导致电池失效。随着时间推移,树突会长得越来越长,直到穿透隔膜,成为阳极和阴极接触的桥梁,从而导致电池内部短路。当此种情况发生时,两个电极之间的电子流动会失去控制,立马导致电池过热并停止工作。

  虽然此次研究的重点是锂金属电池,但研究人员表示,此种隔膜也可用于锂离子电池和其他化学成分组成的电池。该研究小组将继续优化该隔膜,以实现商用,而且加州大学圣地亚哥分校已经为该隔膜申请了一项临时专利。

  加州大学圣地亚哥分校的研究小组研发了一种隔膜,能够缓解此种情况。该隔膜的一面覆盖了一层薄薄的、可部分导电的碳纳米管网,可以拦截形成的树突。当一个树突刺破该隔膜,撞上该网时,有一个通道让电子慢慢排出,而不是直接一下子流到阴极。研究人员将该电池隔膜比作大坝上的泄洪道。

  研究人员表示:“在真实用例中,如果电池即将失效,人们并不会提前收到预警。可能是前一秒还很好,下一秒电池就着火或完全短路了,这是不可预测的。但是,有了我们研发的隔膜,人们可以在每次充电时,提前得到电池越来越糟的预警。”