長期以來,提高電池的性能都是科學(xué)家努力的方向。
其中,鋰離子電池有一對(duì)電流收集器,它與設(shè)備的兩個(gè)電極一起工作,以分配流向任意方向的電流。通常,集電器由銅箔或鋁箔制成,這使它們成為電池質(zhì)量最大的部件之一,有時(shí)甚至占到整個(gè)裝置重量的50%。
因此,通過這些部件的改變,使電池重量更輕,可以獲得相當(dāng)大的性能改進(jìn)。這將使它們每單位重量?jī)?chǔ)存更多的能量,這將減少電動(dòng)汽車必須攜帶的負(fù)載,例如,允許它們?cè)诿看纬潆姇r(shí)行駛更遠(yuǎn)。
此前,研究人員更多通過調(diào)整電流收集器,使其更多孔或更薄,來作為一種減輕重量的方法。但這也同時(shí)導(dǎo)致電池更加脆弱,化學(xué)不穩(wěn)定,或者需要通過添加更多的電解質(zhì)材料來補(bǔ)償,這使得電池的成本更高。
現(xiàn)在,來自斯坦福大學(xué)和SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室的研究小組在《自然能源》雜志上宣布了其重新設(shè)計(jì)的鋰離子電池集流元件,成功減輕了電池重量,使其不僅效率更高,而且更耐火災(zāi)。
這項(xiàng)重新設(shè)計(jì)的鋰離子電池集流元件是用區(qū)別于此前的一種完全不同的材料制成的。具體來說,研究人員用一種叫做聚酰胺的輕質(zhì)聚合物與另一種叫做磷酸三苯酯(TPP)的阻燃劑結(jié)合在一起,然后在每一面涂上一層非常薄的銅片。
隨后,研究小組進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),以評(píng)估電池的可燃性,并且以一些以目前市面上可買到的集電器為對(duì)比。
結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)暴露在明火中時(shí),使用當(dāng)今商業(yè)電流收集器(最上面一排)制造的鋰離子袋電池著火并劇烈燃燒,直到電解液全部燒盡。裝有新型阻燃收集器的電池(下排)產(chǎn)生微弱的火焰,幾秒鐘內(nèi)熄滅,即使科學(xué)家試圖重新點(diǎn)燃電池,也不會(huì)再次燃起。
研究人員表示,如果這項(xiàng)技術(shù)被采用,可以解決電池研究的兩個(gè)主要目標(biāo):擴(kuò)大電動(dòng)汽車的行駛范圍;減少筆記本電腦、手機(jī)和其他設(shè)備起火的危險(xiǎn)。顯然,當(dāng)電池充電速度過快時(shí),這一點(diǎn)尤為重要,這會(huì)造成更多可能導(dǎo)致火災(zāi)的電池?fù)p壞。
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