美國研發防撞防火鋰電池 遇外力刺激就會變硬

不管是筆記本電腦自燃、智能手機爆炸，這些3C意外仿佛都直指鋰電池故障因素，讓不少人開始擔心自己的手機是不是暗藏爆炸風險。為減少大眾疑慮，今朝已有許多科學家投入電池防爆技術，像是美國橡樹嶺國家試驗室(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、戒備電池變形爆炸。

鋰電池為儲能技術龍頭，緊要由正極、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，其中隔離膜緊要功能為隔絕正負極、戒備電池自放電及兩極短路等問題，但只要受到沖擊或是撞擊，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處理辦法，但固態電池成本高、穩定性較低，廠商也得大大改變電池加工工藝，因此美國橡樹嶺國家試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。

該團隊的靈感來自于兒童玩具“Oobleck”(歐不裂)，乍看之下它只是個裝有玉米淀粉溶液的塑料玩具，但只要拍打或是撞擊就會變硬。倘若想要在家進一步試驗，也可以把玉米淀粉與水倒進水盆，平均攪拌之后就可以筆直站在“水面”上、甚至在上方跳動都不會沉入水中。

將粉末狀二氧化硅(藍色容器)添加到分離探測電池(金袋)內的電極的聚合物層(白色片)中將戒備鋰電池發生火災。(圖自：GabrielVeith)

這種液體為非牛頓流體(non-Newtonianfluid)種類中的“剪切增稠流體”，正常狀態下可保持液態，在受到沖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淀粉，他們在電解質加入二氧化硅來達到相近效果，研究負責人GabrielVeith表示，電池電解質受撞擊時會凝固，能戒備電極在電池墜落與撞擊中損壞，倘若電極無法相互接觸，電池就不容易起火。且該技術的好處在于，廠商只要微調電池部分工藝即可。

傳統電池工藝是在電池完工之后，再注入電解質并封裝，但若是采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硅顆粒放入電池，之后再添加電解質。

Veith指出，研究采用直徑約200納米的二氧化硅粒子，倘若這些粒子尺寸相當，就可平均分布在電解質中;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硅剪切增稠流體電池，但Veith認為團隊新型二氧化硅顆粒不管是在制造容易程度，還是抗阻力、反應力等性能上都比以往的研究還要好。

將來該團隊還會繼續改善電池性能，希望電池在撞擊受損之后還可維持運作，目前該技術首先會使用于無人機，最終目標是用于電動車。而團隊也同時為美國士兵打造防彈電池，Veith表示，美國軍人均勻日攜帶各8公斤重的電池與防彈衣，倘若可以讓電池用于防彈，軍人將可減少8公斤的負擔。

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