你知道電池為什么不能充滿電嗎？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-05-05 12:03
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現(xiàn)如今，智能手機對我們來說早已不是單純的移動電話，它們還扮演著數(shù)碼相機、導(dǎo)航器、健身教練等多重角色。智能手機與我們親密無間，如影隨形。它們被我們裝進貼身口袋、綁在手臂上、捧在手心里——我們想當(dāng)然認(rèn)為它們是安全的。但如果它隱藏著可能使我們置身有毒化學(xué)物質(zhì)的危險呢？
為保證每年為消費者生產(chǎn)的20億電池的使用安全，電池制造商采取了一系列防護和預(yù)防措施。商品化鋰電池是安全的，盡管可能導(dǎo)致災(zāi)難性后果的熱相關(guān)故障非常罕見，但的確存在——比如最近發(fā)生的三星Galaxy召回事件。
相較其他電池如鎳基電池，鋰電池優(yōu)點很多。但消費者對鋰電池的需求日益增長，大家都希望自己的智能手機的電池電量永遠(yuǎn)用不完。而同時，這也許會增加一種不易察覺又令人心驚的威脅發(fā)生可能性：有毒排放物的釋放。
有毒排放物檢測
我們新近發(fā)表于Nano Energy的一篇論文，介紹了將一系列商品化鋰電池加熱至燃點，針對其排放氣體進行的全面分析。此研究共識別出100多種排放氣體，其中多數(shù)對人體有害，且對環(huán)境有負(fù)面影響。
我們在特制的燃燒室對18650塊鋰電池進行了實驗。實驗中我們使用2-3厘米高的火焰，點燃了不銹鋼室內(nèi)的電池。不銹鋼室所含柵格設(shè)計將熱量均勻分散到電池各部分。在電池點燃瞬間，熱源即被移除。
我們識別出一些氣態(tài)化合物，并對其進行從1（危險級別最高）到5（危險級別最低）進行分類。我們確認(rèn)了3種極度危險（1）氣態(tài)化合物、9種高度危險（2）化合物，和1種中度危險（3）化合物，以及幾十種危險程度較低（4-5級）的有毒化合物。
我們檢測到的很多化合物對皮膚、眼睛和鼻腔具有強烈刺激性，且對環(huán)境有害。這類危險物質(zhì)，如果在小空間、密封環(huán)境（如汽車車廂、飛機艙室）內(nèi)泄露，可在短時間內(nèi)造成嚴(yán)重危害。
我們還研究了電池充電程度對燃燒和有毒氣體排放的影響。我們對充電程度分別為0%、50%、100%和150%（電池過度充電）的電池進行了測試，發(fā)現(xiàn)100%充電的電池毒性和燃燒危險是最大的。
爆炸檢測
鋰電池基本可分為兩類：鈷類和錳類。鋰-鈷電池能為設(shè)備提供最佳電池壽命；鋰-錳電池的熱穩(wěn)定性更強、可提供大電流，但運行時間不如鋰-鈷電池。
因為大部分消費者都需求更長的電池壽命，因此生產(chǎn)商在操作安全性與高能量密度之間不得不做出一定妥協(xié)。于是，為了以盡可能安全的方式優(yōu)化電池電量，這些金屬元素常被混入其他鎳化合物和磷酸鐵。
我們對四種常見的含錳、鈷、鎳和磷酸鐵混合搭配的電池類型進行了比較，發(fā)現(xiàn)使用磷酸鐵的電池明顯不如其他幾種電池類型的燃燒反應(yīng)劇烈，即爆炸危險性更低。
有關(guān)一氧化碳
我們的研究也涉及一種特別危險的氣態(tài)物質(zhì)—— 一氧化碳。一氧化碳是一種無色、無嗅、無味的有毒氣體，如果人體長時間暴露于這種氣體，其結(jié)果有可能是致命的。
我們對18650個鋰電池和一種新型電池——袋裝電池(pouch cell，由于其靈活輕便的設(shè)計深受消費者青睞)的一氧化碳濃度進行了對比研究。
研究發(fā)現(xiàn)，兩種電池設(shè)計都會釋放一氧化碳，但袋裝電池產(chǎn)生的一氧化碳濃度水平可能導(dǎo)致嚴(yán)重疾病，甚至死亡。我們還發(fā)現(xiàn)，與我們檢測的其他有毒排放物的情況不同，電池容量越高，一氧化碳濃度越是會急劇增加。
鋰電池還將繼續(xù)受到廣泛使用，有毒氣體排放的潛在風(fēng)險不容忽視。我們的研究表明，有毒物質(zhì)排放很大程度上取決于電池的材料、給定時間內(nèi)電池所充電量和電池容量。
