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研究人员开发自熄灭电池 可降低致命且代价高昂的电池火灾风险

盖世汽车 钟群 2024-02-07 17:25:34

盖世汽车讯 据外媒报道,在最新发表于期刊《Nature Sustainability》的一项研究中,研究人员介绍了自熄灭可充电电池设计,其用商用灭火器中的材料取代了最常用的电解质(电解质是一种高度易燃的介质,由锂盐和有机溶剂组成)。

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图片来源:Argonne National Laboratory

电解质可使携带电荷的锂离子穿过锂离子电池正负极端子之间的隔膜。通过将价格低廉的商用冷却剂作为电池电解质,研究人员制造出一种能自行灭火的电池。

该电解质能在大约零下100-175°F(零下75-80°C)的宽温度范围内正常工作。在实验室中,这种电解质生产的电池能很好地将热量从电池中转移出去,并有效地扑灭内部火灾。

研究人员还对这些电池进行了针刺测试,这是评估锂离子电池安全性的常用方法。将不锈钢钉穿过充电电池,模拟内部短路;如果电池起火,则测试失败。当他们用钉子刺穿充电电池时,电池经受住了冲击,没有起火。

从本质上讲,电池的温度随充放电而变化,这是由于电池内阻引起的(电池内部对锂离子流动的阻力)。室外高温或电池包内温度不均都会严重威胁电池的安全性和耐用性。

能量密集型电池,如广泛用于电子产品和电动汽车的锂离子电池,其电解质配方主要由高度易燃的有机分子组成。这加剧了热失控(不可控)的风险,而电池内部过热会加速不必要的化学反应,释放更多的热量,进而引发进一步的反应。电池内部的温度可能在1秒钟内上升数百度,从而引发火灾或爆炸。

锂离子电池充电过快会产生另一个安全问题,即会导致化学反应,在电池的阳极(带负电荷的电极)上产生非常尖锐的锂枝晶(树枝状突起)。最终,锂枝晶穿透隔膜到达另一个电极,使电池内部短路,导致过热。

我们是如何研究的

研究人员希望开发一种不可燃的电解质,它可以很容易地将热量从电池组中转移出去,可以在宽温度范围工作,具有高耐用性,并且可以与任何电池化学物质兼容。然而,大多数已知的不可燃有机溶剂都含有氟和磷,不仅价格昂贵,而且会对环境产生有害影响。

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