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
據國外媒體報道，近日科學家們制造出一種新型鋰電池，經受切割、彎曲、撞擊、液體浸泡甚至于被點燃后依然可以正常供電。
鋰電池塑造了現代世界。這些電池是從手機、筆記本電腦到電動車等大多數可充電設備的核心。雖然鋰電池能夠反復充放電，而且能量密度很高，但也存在著自身的缺陷。鋰電池有毒、而且易燃，這意味著即使是最小的破損也可能導致鋰電池發生爆炸。
由約翰霍普金斯使用物理試驗室物理學家領導的一組研究人員堅信能夠發明出更安全的電池。在過去的五年里，他們一直在開發一種不會失效的鋰電池。2017年，他們與馬里蘭大學（UniversityofMaryland）的研究人員合作，首次展示了這種堅固耐用的電池，經受切割、撞擊、彎曲和浸泡后依然可以正常供電。去年年底，約翰斯·霍普金斯大學的研究小組又前進了一部，使其具有防火性能，并將電壓提高到與商業產品相當的水平。
領導這項研究的約翰霍普金斯使用物理試驗室資深科學家康斯坦第諾斯·吉拉索普洛斯（KonstantinosGerasopoulos）指出，制造堅不可摧鋰電池的秘密在于電解液，正是這種化學物質將電池的正極和負極分開。當你使用鋰電池時，帶電鋰粒子從陽極到陰極穿過電解質中的屏障，在其中進行化學反應并萌生能量。
大多數鋰離子電解質是易燃鋰鹽和有毒液體的混合物，這意味著“在今天的鋰離子化學研究中，實際上是一個可能會導致災難的配方。”約翰霍普金斯使用物理試驗室材料科學項目經理杰夫·馬蘭奇（JeffMaranchi）說。如果分隔陰極和陽極的可滲透屏障崩潰，就會造成電池短路并萌生大量的熱量。當所有的熱量都接觸到高度易燃的鋰離子電解液時，鋰電池就會發生起火爆炸。
水性電池避免了所有這些問題，因為電解質是水基的，因此既不易燃也無毒。它們已經存在了25年，但由于能量太弱而無法發揮作用。研究小組發現，通過增加鋰鹽的濃度，并將電解液與一種類似于軟塑料的聚合物混合，可以將電勢能從1.2伏特提高到4伏特，這與目前的商用鋰電池相當。
當吉拉索普洛斯和他的同事們在這種新型電解質中加上商用的陰極和陽極時，得到了一個從未見過的鋰電池。它像隱形眼鏡一樣透亮，可彎曲、無毒且不易燃，可以在露天環境中加工和操作，更不需要外殼。最緊要的是，它可以承受各種沖擊和破壞。
在探測中，研究人員將設備浸入鹽水中，用剪刀剪開它，用空氣炮模擬彈道對電池進行沖擊，然后點燃。在每一次探測中，電池都能夠不間斷地發出電流。在燃燒探測后，研究人員將燒焦的電池部分切掉，電池能夠持續正常工作100小時。
馬蘭奇說，這種新型的水基電池不僅僅是屬于試驗室里的新奇東西。研究團隊已經在與一些不愿透露姓名的制造商在進行談判。他們說，這些制造商可以毫不費力地將新型化學物質和制造辦法整合到現有的鋰離子加工設施中。他說，這種電池可能會在兩年內上市，而且會使用到往日鋰電池沒有涉足的范疇。
由于其天然的柔韌性，可以被整合到可穿戴電子產品中，甚至最終筆直整合到服裝纖維中。這種新型電池的堅固性也能夠使用于軍事和科學研究范疇，比如自動水下航行器、無人機和衛星。
還有一些技術障礙需要克服，比如要怎么樣增加電池的可充電次數。一塊典型的智能手機電池充放電次數可以超過1000次，但是這種新型鋰電池在充電100次后就開始失去效率。吉拉索普洛斯說，對電解質化學配方進行微調應當可以處理這個問題。
或許，鋰電池會發生爆炸的時代就要結束了。
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