美國研發防撞鋰電池,盼智慧型手機再也無碰撞爆炸隱憂

作者 | 發布日期 2018 年 08 月 27 日 8:45 | 分類 材料、設備 , 電池 follow us in feedly

不管是筆記型電腦自燃、智慧型手機爆炸,這些 3C 意外似乎都直指鋰離子電池故障因素,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,但只要受到衝擊或是撞擊,可能都會造成電池短路或是爆炸。

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製程,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。

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

這種液體為非牛頓流體(non- Newtonian fluid)種類中的「剪切增稠流體」,正常狀態下可保持液態,在受到衝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澱粉,他們在電解質加入二氧化矽來達到相似效果,研究負責人 Gabriel Veith 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。且該技術的好處在於,廠商只需要微調電池部分製程即可。

傳統電池製程是在電池完工之後,再注入電解質並封裝,但若是採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矽顆粒放入電池,之後再添加電解質。

Veith 指出,研究採用直徑約 200 奈米的二氧化矽粒子,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矽剪切增稠流體電池,但 Veith 認為團隊新型二氧化矽顆粒不管是在製造容易程度,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後還可維持運作,目前該技術首先會應用於無人機,最終目標是用於電動車。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,如果可以讓電池用於防彈,軍人將可減少 8 公斤的負擔。

(本文由 EnergyTrend 授權轉載;首圖來源:shutterstock)

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