鋰離子電池,以其特有的性能優(yōu)勢(shì)在各種便攜式移動(dòng)電子設(shè)備中得到普遍應(yīng)用。大容量鋰離子電池也已經(jīng)用于對(duì)電動(dòng)汽車領(lǐng)域,甚至還將在衛(wèi)星、航空航天以及儲(chǔ)能等方面得到應(yīng)用。然而,前幾年卻頻頻爆出三星Note7手機(jī)爆炸的新聞,其背后的主要原因也是因?yàn)殇囯x子電池的易燃性。前幾天,《連線》(WIRED)刊登了一篇令人振奮人心的新聞,文章原標(biāo)題為ScientistsMadeaNearlyInvincibleLithium-IonBattery,作者DANIELOBERHAUS在文中介紹了美國(guó)科學(xué)家制造出的一款全新堅(jiān)不可摧的鋰離子電池。
過去五年以來,約翰霍普金斯大學(xué)的團(tuán)隊(duì)也一直在研發(fā)一款看似不會(huì)出現(xiàn)安全問題的新型鋰離子電池。2017年,他們連同馬里蘭大學(xué)(UniversityofMaryland)的研究人員,共同推出了一款可以切割、射擊、彎曲甚至浸泡的新型鋰離子電池,而且還能保持其持續(xù)放電。2019年底,約翰霍普金斯大學(xué)的團(tuán)隊(duì)還進(jìn)行了進(jìn)一步改良升級(jí),使這款電池具有防火性能,并且將其電壓也提高到了與同等商業(yè)產(chǎn)品相當(dāng)?shù)乃健.?dāng)然,這可能也會(huì)讓三星公司十足嫉妒。該應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)這項(xiàng)研究的高級(jí)科學(xué)家康斯坦提諾絲·格拉索潑羅斯(KonstantinosGerasopoulos)稱,要制造這款堅(jiān)不可摧的電池,其核心在于電解液,即在電池的正負(fù)極之間起傳導(dǎo)離子作用的化學(xué)混合物。
當(dāng)你在使用鋰離子電池時(shí),帶電鋰粒子會(huì)穿過電解液的阻礙,從電池一端的陽(yáng)極(負(fù)極)到達(dá)另一端的陰極(正極),并在其中產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)、產(chǎn)生能量。該應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室的材料科學(xué)項(xiàng)目經(jīng)理杰夫·馬蘭奇(JeffMaranchi)稱,大多數(shù)鋰離子電解液都是易燃鋰鹽和其他液體的混合物,這意味著“如今的鋰離子化學(xué)行業(yè)中,存在著潛在的災(zāi)難風(fēng)險(xiǎn)”。
水性電池可以避免所有的這些問題,畢竟電解液本來就是水性的,因此既不易燃又無毒。雖然水性電池已經(jīng)存在了大約25年了,但其功效實(shí)在太弱,所以也起不到太大作用。該應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室所發(fā)現(xiàn)的是,如果增加鋰鹽濃度,并且將電解液與一種聚合物(一種看起來像極度柔軟的塑料的材料),他們就可以將電勢(shì)從1.2伏提高到4伏,達(dá)到與商用鋰離子電池同等的水平。
當(dāng)格拉索潑羅斯和他的同事們將一款商用電池的陽(yáng)極與陰極與這個(gè)像塑料的電解液相連接后,他們成功地制造出了一款市面上從來沒見過的鋰離子電池。這個(gè)電池外觀透明,具有隱形眼鏡的柔韌性,同時(shí)無毒且不易燃,無論是制作和使用,都可以在露天沒有外殼的情況下進(jìn)行。除此之外,它還能承受幾乎任何一種“虐待”。
在針對(duì)這款電池的測(cè)試過程中,該應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)嘗試過將樣本浸入鹽水中、用剪刀剪開、使用空氣炮模擬彈道沖擊,最后還用火點(diǎn)燃。在每輪測(cè)試中,電池一直保持著正常放電。在其中一項(xiàng)用火點(diǎn)燃測(cè)試后,實(shí)驗(yàn)人員將燒焦部分切除,剩余部分仍然正常使用了約100小時(shí)。
當(dāng)然,目前這款電池也存在一些技術(shù)障礙,比如增加水性電池同樣面臨的充電周期問題。通常而言,智能手機(jī)的電池可以實(shí)現(xiàn)超過1000次充放次數(shù),但這款新型電池卻在充放次數(shù)到100次過后,就會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)能的損失。格拉索潑羅斯說,針對(duì)電解液化學(xué)性質(zhì)的微調(diào),可能會(huì)提供新的解決方案。到那時(shí)候,會(huì)爆炸的電子設(shè)備可能就將不復(fù)存在。