斯坦福大學研發的新型鋰離子電池可防止意外爆炸
2016-01-14 來源：中國聚合物網
據斯坦福大學官網消息，該校研究人員研發出可以防止爆炸的鋰離子電池，這種電池可以在過熱之前關閉，在溫度降下來后迅速重啟。
“人們嘗試了多種策略來解決鋰離子電池意外爆炸的問題。”斯坦福大學材料科學與工程教授鮑哲楠說：“我們設計的電池首次可在反復加熱和冷卻循環中關閉和重啟，且性能不會受到影響。”鮑哲楠和她的同事在11日《自然—能源》期刊中闡述了這一研究成果。
傳統的鋰離子電池包含兩個電極，電極之間是攜帶帶電離子的液態或凝膠狀的電解質。刺穿、短路或過度充電都會使電池產生熱量。如果溫度達到約150攝氏度，電解質就會著火并引發爆炸。有幾種技術已經被用來防止電池爆炸，例如在電解質中加入阻燃劑，或在電池過熱之前發出警報。但是這些技術都是不可逆的，也就是說電池在出現過熱之后就無法再次使用了。
為了解決這一問題，該研究團隊將目光轉向了納米技術。在實驗中，他們在帶有納米級凸起的鎳顆粒表面覆蓋了一層石墨烯，并將這些顆粒嵌入具有彈性的聚乙烯薄膜中。“我們將聚乙烯薄膜與一個電極連接起來，這樣電流可以通過它。”論文第一作者陳正說，“為了導電，那些帶凸起的鎳顆粒需要彼此接觸。但是在熱膨脹過程中，聚乙烯薄膜被拉伸，這些鎳顆粒就相互分開了，這就使薄膜不再導電，電流就不會通過電池。”
研究人員把電池加熱到70攝氏度以上后，聚乙烯薄膜迅速膨脹，鎳顆粒相互分開，電池不再工作。但是當電池溫度回落到70攝氏度以下，聚乙烯薄膜收縮，鎳顆粒回到相互接觸狀態，電池開始繼續產生電流。他們甚至可以把溫度調高或降低，這取決于嵌入了多少鎳顆粒，以及選擇什么樣的聚合物材料。
“與之前的方式相比，我們對電池的設計提供了一種兼具高性能和安全性的可靠、快速且可逆的策略。”該研究的合作者之一崔毅說，“這種策略具有非常好的應用前景。”
“人們嘗試了多種策略來解決鋰離子電池意外爆炸的問題。”斯坦福大學材料科學與工程教授鮑哲楠說：“我們設計的電池首次可在反復加熱和冷卻循環中關閉和重啟，且性能不會受到影響。”鮑哲楠和她的同事在11日《自然—能源》期刊中闡述了這一研究成果。
傳統的鋰離子電池包含兩個電極，電極之間是攜帶帶電離子的液態或凝膠狀的電解質。刺穿、短路或過度充電都會使電池產生熱量。如果溫度達到約150攝氏度，電解質就會著火并引發爆炸。有幾種技術已經被用來防止電池爆炸，例如在電解質中加入阻燃劑，或在電池過熱之前發出警報。但是這些技術都是不可逆的，也就是說電池在出現過熱之后就無法再次使用了。
為了解決這一問題，該研究團隊將目光轉向了納米技術。在實驗中，他們在帶有納米級凸起的鎳顆粒表面覆蓋了一層石墨烯，并將這些顆粒嵌入具有彈性的聚乙烯薄膜中。“我們將聚乙烯薄膜與一個電極連接起來，這樣電流可以通過它。”論文第一作者陳正說，“為了導電，那些帶凸起的鎳顆粒需要彼此接觸。但是在熱膨脹過程中，聚乙烯薄膜被拉伸，這些鎳顆粒就相互分開了，這就使薄膜不再導電，電流就不會通過電池。”
研究人員把電池加熱到70攝氏度以上后，聚乙烯薄膜迅速膨脹，鎳顆粒相互分開，電池不再工作。但是當電池溫度回落到70攝氏度以下，聚乙烯薄膜收縮，鎳顆粒回到相互接觸狀態，電池開始繼續產生電流。他們甚至可以把溫度調高或降低，這取決于嵌入了多少鎳顆粒，以及選擇什么樣的聚合物材料。
“與之前的方式相比，我們對電池的設計提供了一種兼具高性能和安全性的可靠、快速且可逆的策略。”該研究的合作者之一崔毅說，“這種策略具有非常好的應用前景。”
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（責任編輯：xu）
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