據(jù)外媒New Atlas報(bào)道，電池研究人員通常將重點(diǎn)放在如何使設(shè)備更安全上，加州大學(xué)圣迭戈分校（UCSD）的科學(xué)家報(bào)告了在這一領(lǐng)域取得的有希望的進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)新開(kāi)發(fā)的安全功能可充當(dāng)鋰金屬電池的“溢洪道”，以阻止發(fā)生故障時(shí)發(fā)生的電子流，從而防止熱量迅速積聚以及危險(xiǎn)的火災(zāi)和爆炸。
鋰金屬電池在性能方面具有很大的潛力，但在目前的形式上很容易發(fā)生故障。這是由于被稱為樹(shù)枝狀晶體的針狀結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)所致，該樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)在電池充電后在陽(yáng)極上形成，并且可以刺穿隔板，而隔板是在陽(yáng)極和陰極之間形成的屏障，可減慢能量和熱量的流動(dòng)。
當(dāng)這個(gè)障礙被破壞并且電子可以更自由地流動(dòng)時(shí)，它們會(huì)產(chǎn)生更多的熱量，并且事情會(huì)失控，導(dǎo)致電池過(guò)熱、失效、著火甚至爆炸?？茖W(xué)家們正在尋求以各種方式解決鋰金屬電池中的這些問(wèn)題，其中使用超聲波或特殊的保護(hù)層來(lái)防止枝晶生長(zhǎng)只是其中的幾種可能性。
UCSD團(tuán)隊(duì)的解決方案涉及對(duì)隔板組件的設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，使其覆蓋部分導(dǎo)電納米管網(wǎng)中的一側(cè)。當(dāng)枝晶形成并刺穿隔膜時(shí)，電子聚集在該網(wǎng)上并緩慢地從電池中排出，而不是一次全部淹沒(méi)。該團(tuán)隊(duì)將此比喻為大壩發(fā)生故障時(shí)溢洪道的工作方式。
“當(dāng)大壩開(kāi)始發(fā)生故障時(shí)，將打開(kāi)溢洪道，以使水以可控的方式滴流，這樣當(dāng)大壩破裂并溢出時(shí)，就不會(huì)有太多的水引起洪水，”論文的第一作者馬修·岡薩雷斯（Matthew Gonzalez）表示?！斑@就是我們分離器的想法。我們正在消耗電荷，速度要慢得多，并且要防止電子‘泛濫’到陰極。當(dāng)樹(shù)枝狀晶體被隔離物的導(dǎo)電層攔截時(shí)，電池可以開(kāi)始自放電，因此，當(dāng)電池短路時(shí)，將沒(méi)有足夠的能量導(dǎo)致危險(xiǎn)發(fā)生。”
在測(cè)試中，采用新隔板設(shè)計(jì)的鋰金屬電池在20至30個(gè)循環(huán)中逐漸退化，而使用傳統(tǒng)隔板的電池在單個(gè)循環(huán)中突然失效。盡管他們無(wú)疑會(huì)在性能方面追求更高的目標(biāo)，但研究人員已經(jīng)基于這些早期結(jié)果看到了設(shè)計(jì)的真正優(yōu)勢(shì)。
“在實(shí)際用例中，您不會(huì)有任何提前警告，表明電池將要發(fā)生故障。前一秒鐘可能好好的，然后下一秒鐘可能著火或完全短路。這是不可預(yù)測(cè)的?！睂_雷斯說(shuō)?！暗鞘褂梦覀兊母舭?，您會(huì)得到預(yù)先警告，每次充電時(shí)，電池都會(huì)變得越來(lái)越差?！?
該研究發(fā)表在《先進(jìn)材料》雜志上。
