如果電池研究領(lǐng)域有超級(jí)巨星，那么可以確定的是，有一位是定要擁有姓名的 -- 那就是斯坦福大學(xué)的科學(xué)家Yi Cui，他所在的研究小組多年來在電池技術(shù)方面取得了一些重大突破。

現(xiàn)在，Cui和他的研究團(tuán)隊(duì)與SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室合作，圍繞一種新的聚合物材料為鋰離子電池提供了一些令人興奮的新功能，而這種聚合物材料正被用于鋰離子電池的集電器中。研究人員稱，這種新的集電器設(shè)計(jì)提高了鋰離子電池的效率，并降低了與這些電池相關(guān)的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

集電器是一種薄金屬箔，它將電流分配給蓄電池中的電極。通常這些金屬箔是由銅制成的。Cui和他的團(tuán)隊(duì)重新設(shè)計(jì)了這些電流收集器，使它們?nèi)匀恢饕摄~制成，但現(xiàn)在被一種聚合物包圍。

斯坦福大學(xué)的研究小組在發(fā)表在Nature Energy雜志上的研究報(bào)告中稱，這種聚合物使電流收集器輕了80%，導(dǎo)致能量密度從16%增加到26%。這比鋰離子電池的平均能量密度年增長率有了顯著的提高，而鋰離子電池似乎永遠(yuǎn)都保持在每年5%的水平。

這種減輕電池重量的方法是一種提高能量密度的新方法。在過去的幾年里，我們已經(jīng)看到了許多嘗試，通過使用新的電極材料，如納米結(jié)構(gòu)硅來代替活性炭來增加電極的表面積，從而提高能量密度。雖然增加的表面積可能會(huì)增加充電容量，但能量密度是通過電池總重量的總能量來計(jì)算的。

斯坦福大學(xué)研究員、本研究的合著者Yusheng Ye解釋說：“集電器不影響總能量，但會(huì)增加電池的總重量。這就是為什么我們稱集電器為電池的‘自重’，而不是電極材料的‘有效重量’?！?/p>

通過減輕集電器的重量，即使電池的總能量幾乎不變，也可以提高能量密度。盡管這項(xiàng)研究提供了更高的能量密度，但它并不能完全緩解與電動(dòng)汽車相關(guān)的所謂的“距離焦慮癥”，即人們擔(dān)心在到達(dá)下一個(gè)充電位置之前電力耗盡。雖然新聞稿聲稱這項(xiàng)工作將擴(kuò)大電動(dòng)汽車的使用范圍，但Ye指出，這項(xiàng)最新發(fā)展中的具體能源改進(jìn)是基于電池本身。因此，電動(dòng)汽車的續(xù)航里程可能只有10%左右的提升。

Ye說：“例如，為了將航程從400英里提高到600英里，需要做更多的工程工作，同時(shí)考慮到電池的活性部分需要與我們的超輕型集電器一起解決?！?/p>

除了提高能量密度效率外，聚合物電荷收集器有望幫助減少鋰離子電池引起的火災(zāi)。當(dāng)然，傳統(tǒng)的銅集電器本身不會(huì)對(duì)電池燃燒產(chǎn)生影響。鋰離子電池的燃燒問題與電解液和隔膜有關(guān)，它們未在建議的溫度和電壓窗口內(nèi)使用。

Ye說：“我們新型集電器的一個(gè)關(guān)鍵創(chuàng)新在于，我們能夠在不犧牲集電器的能量密度和機(jī)械強(qiáng)度的情況下，將阻燃劑嵌入其中。每當(dāng)電池出現(xiàn)燃燒問題時(shí)，我們的集電器會(huì)立即釋放阻燃劑并滅火。傳統(tǒng)的銅或鋁集電器無法實(shí)現(xiàn)這種功能?！奔娖髁⒓瘁尫抛枞紕梢苑乐闺姵匕l(fā)生爆炸等危害。整個(gè)過程僅有幾秒鐘，即便是重新嘗試點(diǎn)燃，也無法再次出現(xiàn)火焰。

研究人員已經(jīng)獲得了這項(xiàng)技術(shù)的專利，并正在與電池制造商討論商業(yè)化問題。Cui和他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)計(jì)算出了采用這種聚合物的一些成本，它們看起來很有吸引力。據(jù)Ye介紹，這種聚合物復(fù)合電荷收集器的成本在每平方米1.3美元左右，比銅箔的成本低一點(diǎn)，銅箔的成本在每平方米1.4美元左右。有了這些令人鼓舞的數(shù)字，”Ye補(bǔ)充說：“我們預(yù)計(jì)工業(yè)界將在未來幾年內(nèi)采用這種技術(shù)?！?/p>

原文標(biāo)題：內(nèi)置滅火功能的鋰離子電池？

文章出處：【微信公眾號(hào)：IEEE電氣電子工程師學(xué)會(huì)】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

責(zé)任編輯：haq