鋰離子電池，以其特有的性能優(yōu)勢在各種便攜式移動電子設(shè)備中得到普遍應(yīng)用。大容量鋰離子電池也已經(jīng)用于對電動汽車領(lǐng)域，甚至還將在衛(wèi)星、航空航天以及儲能等方面得到應(yīng)用。然而，前幾年卻頻頻爆出三星Note7手機(jī)爆炸的新聞，其背后的主要原因也是因為鋰離子電池的易燃性。前幾天，《連線》（WIRED）刊登了一篇令人振奮人心的新聞，文章原標(biāo)題為Scientists Made a Nearly Invincible Lithium-Ion Battery，作者DANIEL OBERHAUS在文中介紹了美國科學(xué)家制造出的一款全新堅不可摧的鋰離子電池。
圖片來源：GETTY IMAGES @CASEY CHIN
鋰離子電池幾乎重新塑造了整個現(xiàn)代世界。無論是手機(jī)、筆記本電腦，還是電子煙、電動汽車，它都是其可重復(fù)充電電子組件中的核心要素。
雖然鋰離子電池的電能儲存效果較優(yōu)，同時具有高能量密度，但這并不能說明它是完美的選擇。因為制造鋰離子電池必須依靠有毒易燃材料，所以即便是最小的缺陷，都可能會導(dǎo)致有關(guān)設(shè)備的爆炸。
一組由約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室（Johns Hopkins Applied Physics Laboratory）的物理學(xué)家組成的研究人員認(rèn)為，針對現(xiàn)有的鋰離子電池安全問題，完全有能力進(jìn)一步改進(jìn)。
過去五年以來，他們也一直在研發(fā)一款看似不會出現(xiàn)安全問題的新型鋰離子電池。2017年，他們連同馬里蘭大學(xué)（University of Maryland）的研究人員，共同推出了一款可以切割、射擊、彎曲甚至浸泡的新型鋰離子電池，而且還能保持其持續(xù)放電。
2019年底，約翰霍普金斯大學(xué)的團(tuán)隊還進(jìn)行了進(jìn)一步改良升級，使這款電池具有防火性能，并且將其電壓也提高到了與同等商業(yè)產(chǎn)品相當(dāng)?shù)乃?。?dāng)然，這可能也會讓三星公司十足嫉妒。
該應(yīng)用物理實驗室負(fù)責(zé)這項研究的高級科學(xué)家康斯坦提諾絲·格拉索潑羅斯（Konstantinos Gerasopoulos）稱，要制造這款堅不可摧的電池，其核心在于電解液，即在電池的正負(fù)極之間起傳導(dǎo)離子作用的化學(xué)混合物。
當(dāng)你在使用鋰離子電池時，帶電鋰粒子會穿過電解液的阻礙，從電池一端的陽極（負(fù)極）到達(dá)另一端的陰極（正極），并在其中產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)、產(chǎn)生能量。
該應(yīng)用物理實驗室的材料科學(xué)項目經(jīng)理杰夫·馬蘭奇（Jeff Maranchi）稱，大多數(shù)鋰離子電解液都是易燃鋰鹽和有毒液體的混合物，這意味著“如今的鋰離子化學(xué)行業(yè)中，存在著潛在的災(zāi)難風(fēng)險”。
如果這種將電池陽極與陰極分隔開的可滲透阻礙損壞的話，那就會造成短路，同時產(chǎn)生大量熱量。當(dāng)所有這些熱量接觸到電池中富氧陰極旁的極度易燃材料（如鋰離子電解液）后，那你手上就會拿著一個燃燒著的電子設(shè)備。
水性電池可以避免所有的這些問題，畢竟電解液本來就是水性的，因此既不易燃又無毒。雖然水性電池已經(jīng)存在了大約25年了，但其功效實在太弱，所以也起不到太大作用。
該應(yīng)用物理實驗室所發(fā)現(xiàn)的是，如果增加鋰鹽濃度，并且將電解液與一種聚合物（一種看起來像極度柔軟的塑料的材料），他們就可以將電勢從1.2伏提高到4伏，達(dá)到與商用鋰離子電池同等的水平。
當(dāng)格拉索潑羅斯和他的同事們將一款商用電池的陽極與陰極與這個像塑料的電解液相連接后，他們成功地制造出了一款市面上從來沒見過的鋰離子電池。
這個電池外觀透明，具有隱形眼鏡的柔韌性，同時無毒且不易燃，無論是制作和使用，都可以在露天沒有外殼的情況下進(jìn)行。除此之外，它還能承受幾乎任何一種“虐待”。
該款全新電池核心的電解液，是由鋰鹽和不易燃燒或爆炸的柔軟塑料型材料的混合物而成。圖片來源：JOHNS HOPKINS APL
在針對這款電池的測試過程中，該應(yīng)用物理實驗室團(tuán)隊嘗試過將樣本浸入鹽水中、用剪刀剪開、使用空氣炮模擬彈道沖擊，最后還用火點燃。在每輪測試中，電池一直保持著正常放電。在其中一項用火點燃測試后，實驗人員將燒焦部分切除，剩余部分仍然正常使用了約100小時。
馬蘭奇還稱，這種新型的水性電池也不只存在并于實驗室中，其團(tuán)隊已經(jīng)在接觸多名未公開身份的制造商。這些制造商表示，他們可以輕松地將這款全新化學(xué)材料及形狀因素融入至現(xiàn)有的鋰離子電池生成線上。據(jù)馬蘭奇稱，不用兩年時間，它就可以投入商用市場，甚至能運用到之前未曾涉及過的領(lǐng)域之中。
因為其柔韌性的優(yōu)勢，所以也可以將其集成至可穿戴電子設(shè)備中，甚至最后還可以直接植入到衣服纖維中。
其在強(qiáng)度和耐用等方面的優(yōu)勢，也暗示了其可以在許多軍事和科技應(yīng)用中的新用途，比如無人駕駛水下航行器，無人機(jī)以及衛(wèi)星等。
當(dāng)然，目前這款電池也存在一些技術(shù)障礙，比如增加水性電池同樣面臨的充電周期問題。通常而言，智能手機(jī)的電池可以實現(xiàn)超過1000次充放次數(shù)，但這款新型電池卻在充放次數(shù)到100次過后，就會出現(xiàn)電勢能的損失。
格拉索潑羅斯說，針對電解液化學(xué)性質(zhì)的微調(diào)，可能會提供新的解決方案。
到那時候，會爆炸的電子設(shè)備可能就將不復(fù)存在。
譯者：俊一
