電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
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鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
據外媒報道，美國加州大學圣地亞哥分校（UniversityofCaliforniaSanDiego）的納米技術工程師們研發了一種安全功能，可以在鋰金屬電池內部短路時，戒備其迅速升溫并著火。該團隊對電池中稱為“隔膜”（電池陰陽極之間的屏障）的部分進行了巧妙調整，從而可以在電池短路時，讓電池內部積聚的能量（即熱量）的流動速度減慢。
（圖片來源：加州大學圣地亞哥分校）
研究人員表示：“我們不是試圖阻止電池發生故障，而是讓其更加安全，這樣一來，當電池發生故障時，不會著火或爆炸，出現災難性后果。”
（圖片來源：加州大學圣地亞哥分校）
鋰金屬電池在反復充電后，陽極上會生長一種稱為“樹突”的針狀結構，從而導致電池失效。隨著時間推移，樹突會長得越來越長，直到穿透隔膜，成為陽極和陰極接觸的橋梁，從而導致電池內部短路。當此種情況發生時，兩個電極之間的電子流動會失去控制，立馬導致電池過熱并停止工作。
（圖片來源：加州大學圣地亞哥分校）
加州大學圣地亞哥分校的研究小組研發了一種隔膜，能夠緩解此種情況。該隔膜的一面傾覆了一層薄薄的、可部分導電的碳納米管網，可以攔截形成的樹突。當一個樹突刺破該隔膜，撞上該網時，有一個通道讓電子慢慢排出，而不是筆直一下子流到陰極。研究人員將該電池隔膜比作大壩上的泄洪道。
研究人員表示：“當大壩開始潰決時，人們就會打開泄洪道，讓某些水以一種可控的方式流出，如此一來，當大壩真的決堤并往外溢出水時，也沒有多少水可以引發成洪水了。這與我們研發的隔膜類似，我們慢慢排出電荷，戒備電子“泛濫”到陰極。當樹突被隔膜的導電層攔截時，該電池會開始自我放電，所以，當電池真的短路時，也沒有足夠的能量來引發危險情況了。”
其他的電池研究工作都聚集于采用足夠堅固的材料來打造隔膜，從而阻止樹突穿透隔膜。但是，此種辦法的問題是，只是拖長了無法戒備的后果發生的時間。此類隔膜仍要具備孔隙，讓離子通過，從而讓電池能夠工作。因此，倘若樹突最終沖破隔膜時，電池短路的情況只會更糟。加州大學圣地亞哥分校研究小組不是阻止樹突穿透隔膜，而是試圖減輕其帶來的影響。
（圖片來源：加州大學圣地亞哥分校）
在探測中，配備了新隔膜的鋰金屬電池在20至30次充放電循環之后才顯示出逐漸失效的跡象。與此同時，配備一般（以及略厚）隔膜的電池僅在1次充放電循環后，就猛然發生故障。
研究人員表示：“在真切用例中，倘若電池即將失效，人們并不會提前收到預警。可能是前一秒還很好，下一秒電池就著火或完全短路了，這是不可預測的。但是，有了我們研發的隔膜，人們可以在每次充電時，提前得到電池越來越糟的預警。”
雖然此次研究的重點是鋰金屬電池，但研究人員表示，此種隔膜也可用于鋰電池和其他化學成分組成的電池。該研究小組將持續優化該隔膜，以實現商用，而且加州大學圣地亞哥分校已經為該隔膜申請了一項臨時專利。
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