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）
icon
icon