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新型鋰電池溫度過高可自動斷電

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2019年04月29日  

美國斯坦福大學研究人員研制了一種新型鋰離子電池,首次實現溫度升高時自動斷電,溫度降低時自動恢復,可望解決各種電器內鋰離子電池易于起火的難題。


這項研究由斯坦福大學化學工程學教授鮑哲南及化學工程系、材料科學系多名教師、博士后研究人員等參與。鮑哲南曾入選英國《自然》雜志2015年度對全球科學界產生重大影響的十大人物。


鮑哲南介紹,“我們所設計的電池是首創,在不斷加熱、繼而冷卻的循環內,可以完全關閉、繼而恢復,而不損失性能。”


典型鋰離子電池由兩個電極與一種液體或者凝膠體電解液構成,由電解液在兩個電極之間輸送帶電粒子。電池如果破損、短路或者充電過量,會生成熱;如果溫度達到大約150攝氏度,電解液可能會燃燒,進而引發爆炸。


新型電池以塑料為材質,嵌入細微金屬鎳顆粒,而顆粒表面有尖刺,尺度以納米衡量。研究人員在帶有尖刺的鎳顆粒上覆以石墨烯,即厚度相當于一個原子的碳,繼而把這些顆粒嵌入一層彈性聚乙烯薄膜。薄膜與電池的一個電極附著,承載電池所輸出的電流。如果薄膜導電,鎳顆粒上的尖刺需要物理“搭接”在一起。一旦溫度升高,熱膨脹狀態下,聚乙烯薄膜延展,鎳顆粒之間距離加大,薄膜不再導電,電池就會無法輸出電能。


實驗中,研究人員把電池加熱至超過70攝氏度,聚乙烯薄膜作氣球狀膨脹,帶有尖刺的鎳顆粒分離,電池斷電;把溫度降回70度,聚乙烯薄膜收縮,鎳顆粒尖刺恢復接觸,電池恢復供電。


研究人員認為,根據嵌入顆粒的多少或者聚合物(薄膜)材料類型的不同,可以設置斷電溫度,如可實現電池在50攝氏度或者100攝氏度時斷電。


與這項研究相關的論文刊載在《自然能源》雜志上。


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