最新科技來了，從此告別鋰電池著火，三星都不用怕了！
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-18 18:11
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鋰離子電池的爆炸可能會(huì)對(duì)航空公司的航班造成嚴(yán)重的破壞，對(duì)人們的日常生活中也是帶來了不小的影響?，F(xiàn)在，橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)的科學(xué)家們提出了一種新的化學(xué)配方來解決這個(gè)問題。鋰電池有兩個(gè)電極，由薄薄的塑料板隔開，淹沒在液體電解質(zhì)中-這是一種化學(xué)介質(zhì)(通常是易燃的鋰離子液體)，允許電荷在鋰離子陰極之間流動(dòng)到碳陽極。當(dāng)那個(gè)薄薄的塑料板斷裂時(shí)，電極就會(huì)聚集在一起，使電池短路。這就產(chǎn)生了熱量，這可以點(diǎn)燃液體電解質(zhì)并且爆炸！非易燃固體電解質(zhì)可以解決這個(gè)問題，但ORNL物理學(xué)家加布里埃爾·維思(Gabriel Veith)表示，這將需要對(duì)鋰離子電池的生產(chǎn)工藝進(jìn)行重大改革，這是制造商可能不愿進(jìn)行的一項(xiàng)可觀的資本投資。這就是為什么他和他的團(tuán)隊(duì)正在研究如何調(diào)整傳統(tǒng)的電解質(zhì)配方。
在本周的演講中美國化學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)議在波士頓，Veith說，他在給孩子們介紹一種玉米淀粉和水的混合物時(shí)，意外得到了這個(gè)靈感，這種混合物被俗稱為“Oobleck”，這個(gè)綽號(hào)是對(duì)蘇斯博士孩子們的故事的認(rèn)可。艾薩克牛頓對(duì)理想液體的定義是，粘度(流動(dòng)的摩擦力或阻力)主要取決于溫度和壓力。也就是說，即使你通過攪拌或混合施加剪切力，水的流動(dòng)也是一樣的。然而，對(duì)于像Oobleck這樣的非牛頓流體，粘度隨剪切力的變化而變化。起初，物質(zhì)中的顆粒(在這種情況下是膠體，玉米淀粉顆粒懸浮在水中)是松散結(jié)合的，但任何劇烈的撞擊都會(huì)使這些鍵加強(qiáng)，從而使顆粒固定在一起。打一碗橡皮泥，它變硬成一個(gè)固體，軟化再次隨著能量的消耗。
配方很簡單：將球形二氧化硅納米粒子懸浮在鋰離子電池常用的液體電解質(zhì)中，你的工作就完成了。棘手的部分是確保所有納米粒子的尺寸相同(直徑200納米)；否則，它會(huì)產(chǎn)生相反的效果，液體在撞擊時(shí)變得不那么粘稠變稀(液體)“那太糟了，”維思說。在電池容量減少和充電速度較慢方面有一個(gè)小小的權(quán)衡，但除此之外，性能可以與目前的鋰離子電池相媲美，它只需要對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行一次小小的修改。并且如果此項(xiàng)工程可以順利完成，將徹底改變傳統(tǒng)手機(jī)、筆記本的鋰電池使用，大大提高設(shè)備的安全性，人們也不用再害怕“三星手機(jī)”帶來的相關(guān)隱患！
有媒體曾對(duì)這種神奇的電池做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)他們用尖刀刺傷，有槍射擊并敲砸某品牌的電池時(shí)，它們會(huì)爆發(fā)出美麗、燦爛而且可怕的火焰。但在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，Safe Core電池卻沒有發(fā)生燃燒或者爆炸的現(xiàn)象。
根據(jù)Amionx的說法，該公司的突破不僅僅是一種不易燃燒的電池。該公司的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種他們聲稱可以輕松應(yīng)用于現(xiàn)有電池生產(chǎn)線的新技術(shù)，在無需新機(jī)器的情況下，為世界上任何鋰離子電池帶來這一里程碑式的突破。
該公司表示現(xiàn)有的機(jī)器設(shè)備每年可生產(chǎn)一百萬個(gè)鋰離子電池，而且它們不僅僅用于展示。美國鋰電能源公司（Amionx的母公司）與美國軍方合作為美國軍方供應(yīng)電池。用于重型卡車和輕型裝甲車輛，如MRAP等項(xiàng)目。公開的記錄顯示該公司迄今已從軍隊(duì)獲得了277萬美元的研發(fā)補(bǔ)助金。
我們所看到的似乎是典型的普通電池制造工藝。但Amionx的化合物是一種特殊的配方，用了四年時(shí)間才創(chuàng)造出來。當(dāng)電池發(fā)熱，并有可能著火時(shí)，Amionx的特殊材料就像電熔絲，在電池的兩個(gè)關(guān)鍵部件之間形成物理間隙。這個(gè)差距意味著電力被迫通過電池更加艱難的路徑，這大大減緩了電池因?yàn)檫^熱以至于著火或者有爆炸反應(yīng)的可能性。
Amionx的創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官江帆博士承認(rèn)，今天的鋰離子電池有各種其他可以防止火災(zāi)的機(jī)制，包括電流斷路器，停機(jī)分離器和PTC（正溫度系數(shù)）設(shè)備，但他說所有這些都可能失效。電池發(fā)熱放熱的速度之快，足以讓某些安全機(jī)制可能會(huì)在它們采取行動(dòng)之前完全融化。官江帆稱“這就是為什么有時(shí)即使他們有關(guān)閉分離器，他們?nèi)匀粫?huì)有這些爆炸事件。”
為了測試Amionx的安全性，他們利用一臺(tái)設(shè)計(jì)用于將巨大的重物放在平放在電池頂部的金屬條上的機(jī)器沖壓電池，瞬間徹底壓碎大部分電池，而另一臺(tái)則用巨大的釘子慢慢刺破它。
首先測試者嘗試使用標(biāo)準(zhǔn)的鋰離子電池組，內(nèi)部沒有Safe Core材料。當(dāng)釘子進(jìn)入時(shí)，電池的反應(yīng)速度令人震驚。它像一個(gè)氣球一樣膨脹，冒出一陣煙霧，射出緋紅的火花，最后爆炸成一個(gè)巨大的火焰柱，到達(dá)測試室的天花板。所有這些都在6秒內(nèi)發(fā)生。使用破碎機(jī)，相同的反應(yīng)僅需3秒鐘。
但是當(dāng)測試者將Safe Core處理過的電池放置在相同的折磨設(shè)備中實(shí)驗(yàn)時(shí)，電池并沒有發(fā)生凸起，也沒有煙霧，更沒有火焰射出。被刺破的破碎電池在被壓或者穿透后的10分鐘內(nèi)是熱的，甚至可能很燙手，但是就是沒有爆炸。
同樣測試了子彈穿透電池也是相同的測試結(jié)果。但是雖然Safe Core電池可能能夠承受一顆子彈而不燃燒或者爆炸，但Amionx稱他們只能安全地承受一顆子彈的沖擊。該公司稱這些電池內(nèi)部仍然存在易燃液體，被穿透后它正從漏洞中漏出......第二次射擊可能會(huì)引發(fā)火花并引發(fā)火災(zāi)。
這種的成功實(shí)驗(yàn)似乎也支持第三方測試。著名的產(chǎn)品測試公司Underwriters Laboratories（UL）對(duì)一些Safe Core電池進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)它們具有相似的結(jié)果。
目前至少有一家科技巨頭在Safe Core上表現(xiàn)出了信心。高通公司是去年在Amionx上投資的公司之一。該公司稱“在對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)和技術(shù)進(jìn)行盡職調(diào)查后，我們感到很自豪的是，Amionx Safe Core的差異化有助于為鋰離子電池的供應(yīng)商和消費(fèi)者提供價(jià)值。”
即使Safe Core比傳統(tǒng)的鋰離子電池更安全，制造商也有可能堅(jiān)持下去。但是有人認(rèn)為目前來說這是一個(gè)不必要的，昂貴的權(quán)宜之計(jì)。研究人員目前正致力于研究用水甚至固體聚合物材料代替這種易燃液體電解質(zhì)的電池。那些所謂的固態(tài)電池就是電池先驅(qū)Goodenough目前正在開發(fā)的產(chǎn)品，這也是一大批電動(dòng)汽車公司正在大肆投資的產(chǎn)品。寶馬、大眾、豐田、本田和日產(chǎn)正在投資這項(xiàng)技術(shù)。
Amionx表示，Safe Core的成本很低，只需要許可費(fèi)，公司可以自己獲得的廉價(jià)化學(xué)品，也許電極層壓機(jī)需要運(yùn)行20％才能正確應(yīng)用Safe Core層。Amionx表示，它的發(fā)明理論上可以通過防止過度充電來改善固態(tài)電池，這是固態(tài)電池?zé)o法避免的。
還有成本因素。根據(jù)范博士的說法，現(xiàn)實(shí)情況是，電池公司確實(shí)計(jì)算出他們可以承受的潛在損失有多大，平衡罕見火災(zāi)的責(zé)任風(fēng)險(xiǎn)與更換電池的成本。鑒于消費(fèi)電子行業(yè)利潤微薄，公司可能會(huì)投資于客戶愿望清單上更高的產(chǎn)品改進(jìn)：制造電池壽命更長、重量更輕或者充電速度更快的產(chǎn)品。但2016年三星的Galaxy Note 7危機(jī)向我們展示了當(dāng)電池火災(zāi)可能性超過正常0.00001％的可能性時(shí)會(huì)發(fā)生什么。如果另一起此類事件導(dǎo)致傷害甚至死亡，它可能會(huì)對(duì)相關(guān)公司和整個(gè)行業(yè)產(chǎn)生巨大影響。
