(圖片來源: 圣彼得堡大學(xué) )
鋰離子
電池存在起火風(fēng)險(xiǎn),給智能手機(jī)和電動汽車的運(yùn)營帶來不確定性。據(jù)外媒報(bào)道,圣彼得堡大學(xué)電化學(xué)系教授Oleg Levin稱,從2012年到2018年,美國有25,000起由電子設(shè)備引發(fā)的火災(zāi)報(bào)道,而1999年至2012年間僅有1,013起。這表明隨著
電池使用數(shù)量的增加,火災(zāi)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)也在不斷提高。
過度充電和短路是鋰離子電池起火或爆炸的主要原因。鋰離子電池在過度充電、短路后變得過熱,電池單元進(jìn)入熱失控狀態(tài),在溫度升高到70或90°C時(shí)會引起化學(xué)反應(yīng),從而進(jìn)一步升高溫度,引起火災(zāi)或爆炸。為了防止電池著火,人們采用相鄰的設(shè)備,如電子微電路,跟蹤電池的所有參數(shù),并可在緊急情況下關(guān)閉電池。然而,大多數(shù)火災(zāi)的起因是電池制造存在缺陷,電子微電路發(fā)生故障。
Levin表示:“這說明基于化學(xué)反應(yīng)開發(fā)電池的安全策略對阻止電池組內(nèi)部的電流流動特別重要。我們建議使用特殊聚合物,其電導(dǎo)率可根據(jù)電池內(nèi)部電壓波動進(jìn)行調(diào)節(jié)。若電池工作正常,該聚合物不會阻止電流流動;若電池過度充電、發(fā)生短路或電池電壓降至正常工作水平以下,該聚合物可轉(zhuǎn)變?yōu)楦綦x器,進(jìn)入斷路器模式。”
他還表示,有些聚合物在加熱時(shí)會改變電阻。在實(shí)驗(yàn)過程中,試驗(yàn)人員發(fā)現(xiàn),如果聚合物開始作為隔離器工作,則意味著電池已經(jīng)過熱,并已引起后續(xù)化學(xué)反應(yīng),而該反應(yīng)無法僅通過破壞電路循環(huán)停止。這使得該技術(shù)效果甚微。因此,人們開始尋求新技術(shù),如能夠在電池開始過熱前調(diào)節(jié)電壓的聚合物。
Oleg Levin負(fù)責(zé)的研究項(xiàng)目歷時(shí)兩年。在該技術(shù)開發(fā)前的六年里,科學(xué)家們對多種聚合物的物理和化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)研究,發(fā)現(xiàn)了一類能隨電壓改變電阻的聚合物。Levin表示:“開發(fā)“化學(xué)熔絲”最困難的是找到活性聚合物。聚合物種類繁多,但找到一種適合制造原型的聚合物卻非常難。此外,我們還必須通過開發(fā)工業(yè)版本提高技術(shù)水平,證明我們已經(jīng)提出了有效的電池安全策略。因此,我們必須購買大量新設(shè)備,以設(shè)計(jì)鋰離子電池原型和調(diào)整技術(shù)。”
該安全技術(shù)具備高可擴(kuò)展性。傳統(tǒng)調(diào)節(jié)保護(hù)電路的大小取決于電池電量。因此,電動汽車的動力電池通常體積龐大且昂貴。而該安全技術(shù)可輕易縮放“化學(xué)熔斷器”,可應(yīng)用于內(nèi)部集電器的整個表面。
Oleg Levin稱:“鋰離子電池的陰極有很多類型,如電子會通過帶正電的電極進(jìn)入電子設(shè)備。它們還具有不同的工作電壓。因此,安全聚合物需可應(yīng)對不同類型的陰極。我們設(shè)法找到了這種聚合物,但它僅適用于特定一種電池,即磷酸鋰鐵電池。但改變聚合物的結(jié)構(gòu)可能會引起其導(dǎo)電性發(fā)生變化,從而適用于其他類型的陰極。通過在聚合物中添加安全成分以適應(yīng)電池溫度水平的變化,這種安全策略將會更加通用,有望消除與電池相關(guān)的所有火災(zāi)隱患。”
文章發(fā)表前,圣彼得堡大學(xué)已獲得此項(xiàng)技術(shù)的專利?茖W(xué)家們目前正在制備真實(shí)尺寸的受保護(hù)電池模型,以向潛在投資者展示。
(責(zé)任編輯:子蕊)