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美科学家研发的改进型电池隔板可充当“溢洪道” 以防止起火

发布时间:2020-03-13 02:59内容来源:网络整理 点击:

  据外媒New Atlas报道,电池研究人员通常将重点放在如何使设备更安全上,加州大学圣迭戈分校(UCSD)的科学家报告了在这一领域取得的有希望的进展。该团队新开发的安全功能可充当锂金属电池的“溢洪道”,以阻止发生故障时发生的电子流,从而防止热量迅速积聚以及危险的火灾和爆炸。

  锂金属电池在性能方面具有很大的潜力,但在目前的形式上很容易发生故障。这是由于被称为树枝状晶体的针状结构的生长所致,该树枝状结构在电池充电后在阳极上形成,并且可以刺穿隔板,而隔板是在阳极和阴极之间形成的屏障,可减慢能量和热量的流动。

  当这个障碍被破坏并且电子可以更自由地流动时,它们会产生更多的热量,并且事情会失控,导致电池过热、失效、着火甚至爆炸。科学家们正在寻求以各种方式解决锂金属电池中的这些问题,其中使用超声波或特殊的保护层来防止枝晶生长只是其中的几种可能性。

  UCSD团队的解决方案涉及对隔板组件的设计进行调整,使其覆盖部分导电纳米管网中的一侧。当枝晶形成并刺穿隔膜时,电子聚集在该网上并缓慢地从电池中排出,而不是一次全部淹没。该团队将此比喻为大坝发生故障时溢洪道的工作方式。

  “当大坝开始发生故障时,将打开溢洪道,以使水以可控的方式滴流,这样当大坝破裂并溢出时,就不会有太多的水引起洪水,”论文的第一作者马修·冈萨雷斯(Matthew Gonzalez)表示。“这就是我们分离器的想法。我们正在消耗电荷,速度要慢得多,并且要防止电子‘泛滥’到阴极。当树枝状晶体被隔离物的导电层拦截时,电池可以开始自放电,因此,当电池短路时,将没有足够的能量导致危险发生。”

  在测试中,采用新隔板设计的锂金属电池在20至30个循环中逐渐退化,而使用传统隔板的电池在单个循环中突然失效。尽管他们无疑会在性能方面追求更高的目标,但研究人员已经基于这些早期结果看到了设计的真正优势。

  “在实际用例中,您不会有任何提前警告,表明电池将要发生故障。前一秒钟可能好好的,然后下一秒钟可能着火或完全短路。这是不可预测的。”冈萨雷斯说。“但是使用我们的隔板,您会得到预先警告,每次充电时,电池都会变得越来越差。”

  该研究发表在《先进材料》杂志上。

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