去年,一些三星 Galaxy Note7 智慧手機的使用者痛苦地瞭解到,鋰離子電池(許多消費電子產品中常用的電池)可能是易燃甚至易爆的。此類電池通常依賴液體電解質,液體電解質由有機溶劑和溶解的鹽組成。這些液體使離子能夠在由多孔膜隔開的電極之間流動,從而產生電流。但是,這種液體容易形成枝晶——微觀的鋰纖維,可能導致電池短路並迅速升溫。現在的研究表明,氣體電解質可以產生更強大、更安全的電池。
加州大學聖地亞哥分校的博士後研究員賽勒斯·魯斯托吉(Cyrus Rustomji)及其同事最近測試了由液化氟甲烷氣體溶劑組成的電解質,這種溶劑可以像傳統的液基對應物一樣吸收鋰鹽。在實驗電池完全充電和放電 400 次後,它保持的電量幾乎與新電池一樣長;而傳統的鋰離子電池往往只能持續近 20% 的時間。這種冷凝氣體電池也沒有產生枝晶。《科學》雜誌今年早些時候發表了這些發現。
如果標準鋰離子電池被刺破——並且分隔電極的隔膜被刺穿——電極可能會接觸並短路。這會導致電池在其活性鋰電解質存在的情況下過熱,並可能著火(外部氧氣的進入會加劇這種情況)。但是,氟甲烷僅在壓力下液化,因此,如果新電池被刺破,壓力會釋放,液體會恢復為氣體,氣體可以逸出,《科學》論文的主要作者魯斯托吉解釋說。因此,他說,“沒有電解質來產生離子運動的湧入”,因此不會發生火災。
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魯斯托吉說,這種電池在低至零下 60 攝氏度的溫度下也能良好執行,這與標準鋰離子電池不同,因此它們可以為高空無人機和遠端航天器中的儀器供電。
麻省理工學院材料化學教授唐納德·薩多維(Donald Sadoway)沒有參與這項研究,他說這個新概念“讓我們對一類尚未被充分研究的液體開了眼界”。但是,他補充說,研究人員需要確保過熱不會導致電池的液化氣體迅速膨脹,並導致危險的壓力升高。
