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科學(xué)家發(fā)現(xiàn)新聚合物材料 可防止鋰電池起火

時(shí)間:2021-03-08 08:38來(lái)源:蓋世汽車 作者:劉麗婷
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（圖片來(lái)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(dòng)汽車的運(yùn)營(yíng)帶來(lái)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(guó)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(guò)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(guò)度充電、短路后變得過(guò)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(huì)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(shuō)明基于化學(xué)反應(yīng)開發(fā)電池的安全策略對(duì)阻止電池組內(nèi)部的電流流動(dòng)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(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。若電池工作正常，該聚合物不會(huì)阻止電流流動(dòng)；若電池過(guò)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(huì)改變電阻。在實(shí)驗(yàn)過(guò)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(guò)熱，并已引起后續(xù)化學(xué)反應(yīng)，而該反應(yīng)無(wú)法僅通過(guò)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(guò)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(duì)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(guò)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(gòu)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(dòng)汽車的動(dòng)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(gè)表面。
 
       Oleg Levin稱：“鋰離子電池的陰極有很多類型，如電子會(huì)通過(guò)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(duì)不同類型的陰極。我們?cè)O(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(huì)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(guò)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(huì)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)
文章標(biāo)簽： 鋰電池 電池起火 聚合物材料
作者：劉麗婷 ，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明出處：http://www.jzr14e.cn/qianyan//2021030835564.html
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