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美國研發出一種防撞防火鋰電池 未來還將打造防彈電池

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2019年03月20日  

不管是筆記本電腦自燃、智能手機爆炸,這些3C意外似乎都直指鋰電池故障因素,讓不少人開始擔心自己的手機是否暗藏爆炸風險。為減少大眾疑慮,現在已有許多科學家投入電池防爆技術,像是美國橡樹嶺國家實驗室(ORNL)便打包票自家電池不會因為受到撞擊而起火,相反地,其中的液態電解質會變硬、防止電池變形爆炸。


鋰離子電池為儲能技術龍頭,主要由正極、負極、隔離膜與電解質構成,鋰離子則透過電解質在電極兩端游移,其中隔離膜主要功能為隔絕正負極、防止電池自放電及兩極短路等問題,但只要受到沖擊或是撞擊,可能都會造成電池短路或是爆炸。


美國研發出一種防撞防火鋰電池未來還將打造防彈電池


目前已有科學家提出諸如固態電解質等解決方案,但固態電池成本高、穩定性較低,廠商也得大大改變電池生產工藝,因此美國橡樹嶺國家實驗室研發出一種既低成本又實用、受到撞擊反而會變堅硬的電池。


該團隊的靈感來自于兒童玩具“Oobleck”(歐不裂),乍看之下它只是個裝有玉米淀粉溶液的塑料玩具,但只要拍打或是撞擊就會變硬。如果想要在家進一步實驗,也可以把玉米淀粉與水倒進水盆,均勻攪拌之后就可以直接站在“水面”上、甚至在上方跳動都不會沉入水中。


將粉末狀二氧化硅(藍色容器)添加到分離測試電池(金袋)內的電極的聚合物層(白色片)中將防止鋰離子電池發生火災。


這種液體為非牛頓流體(non-Newtonianfluid)種類中的“剪切增稠流體”,正常狀態下可保持液態,在受到沖擊或受力時液體結構就改變,黏度、硬度與體積都會上升,可大大降低電池與電極變形的危險。


不過該團隊當然不是在電池中添入玉米淀粉,他們在電解質加入二氧化硅來達到相似效果,研究負責人GabrielVeith表示,電池電解質受撞擊時會凝固,能防止電極在電池墜落與撞擊中損壞,假如電極無法相互接觸,電池就不容易起火。且該技術的好處在于,廠商只需要微調電池部分工藝即可。


傳統電池工藝是在電池完工之后,再注入電解質并封裝,但若是采用剪切增稠流體技術,電解質可能在注入途中就開始凝固了,因此研究首先將二氧化硅顆粒放入電池,之后再添加電解質。


Veith指出,研究采用直徑約200納米的二氧化硅粒子,如果這些粒子尺寸相當,就可均勻分布在電解質中;若粒子尺寸不一,電解質在電池受到撞擊時就不會變得黏稠了。


為了讓電池更加安全與實用,也有許多團隊正如火如荼研發二氧化硅剪切增稠流體電池,但Veith認為團隊新型二氧化硅顆粒不管是在制造容易程度,還是抗阻力、反應力等性能上都比以往的研究還要好。


未來該團隊還會持續改善電池性能,希望電池在撞擊受損之后還可維持運作,目前該技術首先會應用于無人機,最終目標是用于電動車。而團隊也同時為美國士兵打造防彈電池,Veith表示,美國軍人平均日攜帶各8公斤重的電池與防彈衣,如果可以讓電池用于防彈,軍人將可減少8公斤的負擔。

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