科學家發現新聚合物材料 可防止鋰電池起火
時間:2021-03-08 08:38來源:蓋世汽車 作者:劉麗婷
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（圖片來源： 圣彼得堡大學 ）
鋰離子電池存在起火風險，給智能手機和電動汽車的運營帶來不確定性。據外媒報道，圣彼得堡大學電化學系教授Oleg Levin稱，從2012年到2018年，美國有25,000起由電子設備引發的火災報道，而1999年至2012年間僅有1,013起。這表明隨著電池使用數量的增加，火災發生風險也在不斷提高。
過度充電和短路是鋰離子電池起火或爆炸的主要原因。鋰離子電池在過度充電、短路后變得過熱，電池單元進入熱失控狀態，在溫度升高到70或90°C時會引起化學反應，從而進一步升高溫度，引起火災或爆炸。為了防止電池著火，人們采用相鄰的設備，如電子微電路，跟蹤電池的所有參數，并可在緊急情況下關閉電池。然而，大多數火災的起因是電池制造存在缺陷，電子微電路發生故障。
Levin表示：“這說明基于化學反應開發電池的安全策略對阻止電池組內部的電流流動特別重要。我們建議使用特殊聚合物，其電導率可根據電池內部電壓波動進行調節。若電池工作正常，該聚合物不會阻止電流流動；若電池過度充電、發生短路或電池電壓降至正常工作水平以下，該聚合物可轉變為隔離器，進入斷路器模式。”
他還表示，有些聚合物在加熱時會改變電阻。在實驗過程中，試驗人員發現，如果聚合物開始作為隔離器工作，則意味著電池已經過熱，并已引起后續化學反應，而該反應無法僅通過破壞電路循環停止。這使得該技術效果甚微。因此，人們開始尋求新技術，如能夠在電池開始過熱前調節電壓的聚合物。
Oleg Levin負責的研究項目歷時兩年。在該技術開發前的六年里，科學家們對多種聚合物的物理和化學性質進行了大量的基礎研究，發現了一類能隨電壓改變電阻的聚合物。Levin表示：“開發“化學熔絲”最困難的是找到活性聚合物。聚合物種類繁多，但找到一種適合制造原型的聚合物卻非常難。此外，我們還必須通過開發工業版本提高技術水平，證明我們已經提出了有效的電池安全策略。因此，我們必須購買大量新設備，以設計鋰離子電池原型和調整技術。”
該安全技術具備高可擴展性。傳統調節保護電路的大小取決于電池電量。因此，電動汽車的動力電池通常體積龐大且昂貴。而該安全技術可輕易縮放“化學熔斷器”，可應用于內部集電器的整個表面。
Oleg Levin稱：“鋰離子電池的陰極有很多類型，如電子會通過帶正電的電極進入電子設備。它們還具有不同的工作電壓。因此，安全聚合物需可應對不同類型的陰極。我們設法找到了這種聚合物，但它僅適用于特定一種電池，即磷酸鋰鐵電池。但改變聚合物的結構可能會引起其導電性發生變化，從而適用于其他類型的陰極。通過在聚合物中添加安全成分以適應電池溫度水平的變化，這種安全策略將會更加通用，有望消除與電池相關的所有火災隱患。”
文章發表前，圣彼得堡大學已獲得此項技術的專利。科學家們目前正在制備真實尺寸的受保護電池模型，以向潛在投資者展示。
(責任編輯：子蕊)
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