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美國(guó)將電池集電器重量減輕80% 可延長(zhǎng)電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航降低起火風(fēng)險(xiǎn)
時(shí)間:2020-11-18 09:53來(lái)源:蓋世汽車 作者:余秋云
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（圖片來(lái)源：斯坦福大學(xué)）
據(jù)外媒報(bào)道，美國(guó)斯坦福大學(xué)（Stanford University）的科學(xué)家與能源部SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室（SLAC National Accelerator Laboratory）重新設(shè)計(jì)了最重的電池組件——集電器（銅片或鋁箔），并將其重量減少了80%，還能夠立即熄滅起火事件，因而可以讓鋰離子電池變得更輕、更安全、更高效。
研究人員表示，如果采用該項(xiàng)技術(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)電池研究的兩個(gè)主要目標(biāo)：延長(zhǎng)電動(dòng)汽車的續(xù)航里程以及降低筆記本電腦、手機(jī)和其他設(shè)備起火的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)電池以超高速充電時(shí)，這一點(diǎn)尤其重要，因?yàn)槌潆娝俣瓤鞎?huì)導(dǎo)致各種電池?fù)p壞問(wèn)題，甚至引發(fā)火災(zāi)。
無(wú)論是圓柱形電池還是電池包，鋰離子電池都有兩個(gè)集電器，每個(gè)電極一個(gè)，會(huì)分布流入或流出電極的電流。在一些大功率或超薄電池中，此類集電器的重量占到15%至50%。減少電池的重量一方面可以讓設(shè)備更輕，減少電動(dòng)汽車的重量；此外還能夠在特定重量?jī)?nèi)存儲(chǔ)更多的能量，讓電子設(shè)備和電動(dòng)汽車都可以具備更長(zhǎng)的續(xù)航時(shí)間。減少電池的重量以及易燃性也可以降低運(yùn)輸回收電池的成本，對(duì)電池回收也會(huì)有很大的影響。
電池行業(yè)的研究人員一直試圖降低集電器的重量，讓此類集電器更薄，或有更多孔，但是嘗試結(jié)果總會(huì)出現(xiàn)不必要的副作用，如讓電池更加脆弱或化學(xué)性能不穩(wěn)定，或需要更多的電解液，這會(huì)提高成本。
在談到安全問(wèn)題時(shí)，研究人員表示：“人們也嘗試在電池電解液中添加阻燃劑，因?yàn)殡娊庖阂彩且兹疾糠郑遣荒芴砑犹啵駝t電解液會(huì)變得粘稠，不再能很好地傳導(dǎo)離子。”
研究人員們對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了頭腦風(fēng)暴之后，就設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，以聚酰亞胺輕質(zhì)聚合物為基礎(chǔ)，制造和測(cè)試集電器，因?yàn)榫埘啺房梢苑阑穑⒛艹惺芤蚩焖俪潆姰a(chǎn)生的高溫。此外，一種稱為磷酸三苯脂（TPP）的阻燃劑也被嵌入到聚合物中，然后在聚合物的兩面都涂上一層超薄的銅。銅不僅能夠完成電流分配的工作，還能夠保護(hù)聚合物及阻燃劑。
（圖片來(lái)源：斯坦福大學(xué)）
與現(xiàn)有的集電器相比，新設(shè)計(jì)的集電器的重量減輕了80%，能夠?qū)⒏鞣N類型電池的能量密度增加16%至26%。此外，其傳導(dǎo)電流的性能也與普通的集電器一樣，且不會(huì)退化。
暴露在明火下實(shí)驗(yàn)（圖片來(lái)源：斯坦福大學(xué)）
當(dāng)用如今的商用集電器做成的電池包被暴露在明火下時(shí)，其會(huì)著火并劇烈燃料，直到電解質(zhì)全部燃燒殆盡。不過(guò)，在配備了新型阻燃劑集電器的電池中，火不會(huì)真正地燃燒起來(lái)，產(chǎn)生的火焰非常微弱，幾秒鐘內(nèi)就會(huì)熄滅，即使試圖重新點(diǎn)燃時(shí)，也沒有再次燃燒起來(lái)。
研究人員表示，該技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)之一是新型集電器制造簡(jiǎn)單，而且更便宜，因?yàn)橹恍枰靡环N便宜的聚合物取代部分銅。因此，還可以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化商業(yè)生產(chǎn)。目前，斯坦福大學(xué)已經(jīng)為該項(xiàng)技術(shù)申請(qǐng)了專利。
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