鋰離子電池，以其特有的性能優(yōu)勢(shì)在各種便攜式移動(dòng)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(duì)電動(dòng)汽車領(lǐng)域，甚至還將在衛(wèi)星、航空航天以及儲(chǔ)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?yàn)殇囯x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(guó)科學(xué)家制造出的一款全新堅(jiān)不可摧的鋰離子電池。
鋰離子電池幾乎重新塑造了整個(gè)現(xiàn)代世界。無論是手機(jī)、筆記本電腦，還是電子煙、電動(dòng)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(chǔ)存效果較優(yōu)，同時(shí)具有高能量密度，但這并不能說明它是完美的選擇。因?yàn)橹圃熹囯x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(huì)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(shí)驗(yàn)室(Johns Hopkins Applied Physics Laboratory)的物理學(xué)家組成的研究人員認(rèn)為，針對(duì)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(huì)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(duì)還進(jìn)行了進(jìn)一步改良升級(jí)，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)乃健．?dāng)然，這可能也會(huì)讓三星公司十足嫉妒。
該應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)這項(xiàng)研究的高級(jí)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(jiān)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(shí)，帶電鋰粒子會(huì)穿過電解液的阻礙，從電池一端的陽(yáng)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(shí)驗(yàn)室的材料科學(xué)項(xiàng)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(xiǎn)”。
如果這種將電池陽(yáng)極與陰極分隔開的可滲透阻礙損壞的話，那就會(huì)造成短路，同時(shí)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(huì)拿著一個(gè)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(shí)在太弱，所以也起不到太大作用。
該應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)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(shì)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(yáng)極與陰極與這個(gè)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(gè)電池外觀透明，具有隱形眼鏡的柔韌性，同時(shí)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。
在針對(duì)這款電池的測(cè)試過程中，該應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)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(diǎn)燃。在每輪測(cè)試中，電池一直保持著正常放電。在其中一項(xiàng)用火點(diǎn)燃測(cè)試后，實(shí)驗(yàn)人員將燒焦部分切除，剩余部分仍然正常使用了約100小時(shí)。
馬蘭奇還稱，這種新型的水性電池也不只存在并于實(shí)驗(yàn)室中，其團(tuán)隊(duì)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(shí)間，它就可以投入商用市場(chǎng)，甚至能運(yùn)用到之前未曾涉及過的領(lǐng)域之中。
因?yàn)槠淙犴g性的優(yōu)勢(shì)，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(shì)，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(shí)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(huì)出現(xiàn)電勢(shì)能的損失。
格拉索潑羅斯說，針對(duì)電解液化學(xué)性質(zhì)的微調(diào)，可能會(huì)提供新的解決方案。
到那時(shí)候，會(huì)爆炸的電子設(shè)備可能就將不復(fù)存在。
譯者：俊一
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