作者:冯维维 来源:中国科学报 发布时间:2018/8/28 9:39:20
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电池变“砖头” 事故化无形

 

图片来源:Joseph Kaczmarek/AP Photo

最近的车祸和航空事故清楚地表明:为大多数便携设备和电动汽车提供动力的锂离子电池具有危险性。如果被压碎或扭曲,电池内分隔电极的多孔塑料薄膜会瞬间断裂并导致短路,引燃锂电解液。

现在,借鉴儿童作家“苏斯博士”的想法,美国田纳西州橡树岭国家实验室化学家Gabriel Veith和同事或许找到了一个解决方案:欧不裂。

如果用足够的力量撞击,这种由玉米淀粉和水组成的液体混合物(得名于一本经典的美国儿童读物)的表现会像固体一样。在为自己的孩子混合欧不裂时,Veith有了个想法:用二氧化硅取代玉米淀粉,将其混合到锂离子电池的电解液中从而产生变化,在撞击时从易燃的液体变为惰性固体。用化学术语说,它被称为剪切增稠液。

其中的关键是找到合适的二氧化硅。其他实验室曾尝试过不规则形状和杆状的二氧化硅颗粒,正如研究人员今年早些时候在《应用材料与界面》杂志中描述的那样,而Veith团队则转向了一种已有几十年历史的技术,即共沉淀过程,以制造出完美的圆形二氧化硅纳米颗粒,它通常用于在人体细胞内输送药物。Veith说,这样的圆颗粒能够组成更强的屏障,而且它们更容易制作。

“你不必重新发明电池生产线,因为它与目前的制造技术兼容。”他说。

但这种新型黏性物质不能像普通液体电解质那样注入电池,因为简单的喷射就能使它变成固体。Veith团队发现了一种解决办法,即将二氧化硅颗粒预先放置在塑料分离膜内,在此之后注入液体电解质。这种“欧不裂”不仅能在受到冲击时变成固态,而且比之前测试过的产品更容易制造、更坚固。

与所有剪切增稠液一样,橡树岭欧不裂(已经获得安全抗冲击电解液方面的专利)在被撞击后几秒钟又会变回液体,并且仍然可以在电极之间产生炽热的反应。Veith团队正在开发一个可以变成固体且保持该状态的版本。他指出,这种材料可以用于军用夹克,当被子弹击中时,它可以从可穿戴电池转变为救生铠甲。经过监管审查后,橡树岭团队预计,他们的技术将从规避最小风险的应用开始,在几年内应用到电池中。(冯维维

相关论文信息:DOI: 10.1126/scienceaav1789

《中国科学报》 (2018-08-28 第2版 国际)
 
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