電池變「磚頭」事故化無形

圖片來源：Joseph Kaczmarek/AP Photo

最近的車禍和航空事故清楚地表明：為大多數便攜設備和電動汽車提供動力的鋰離子電池具有危險性。如果被壓碎或扭曲，電池內分隔電極的多孔塑料薄膜會瞬間斷裂並導致短路，引燃鋰電解液。

現在，借鑒兒童作家「蘇斯博士」的想法，美國田納西州橡樹嶺國家實驗室化學家Gabriel Veith和同事或許找到了一個解決方案：歐不裂。

如果用足夠的力量撞擊，這種由玉米澱粉和水組成的液體混合物（得名於一本經典的美國兒童讀物）的表現會像固體一樣。在為自己的孩子混合歐不裂時，Veith有了個想法：用二氧化硅取代玉米澱粉，將其混合到鋰離子電池的電解液中從而產生變化，在撞擊時從易燃的液體變為惰性固體。用化學術語說，它被稱為剪切增稠液。

其中的關鍵是找到合適的二氧化硅。其他實驗室曾嘗試過不規則形狀和桿狀的二氧化硅顆粒，正如研究人員今年早些時候在《應用材料與界面》雜誌中描述的那樣，而Veith團隊則轉向了一種已有幾十年歷史的技術，即共沉澱過程，以製造出完美的圓形二氧化硅納米顆粒，它通常用於在人體細胞內輸送藥物。Veith說，這樣的圓顆粒能夠組成更強的屏障，而且它們更容易製作。

「你不必重新發明電池生產線，因為它與目前的製造技術兼容。」他說。

但這種新型黏性物質不能像普通液體電解質那樣注入電池，因為簡單的噴射就能使它變成固體。Veith團隊發現了一種解決辦法，即將二氧化硅顆粒預先放置在塑料分離膜內，在此之後注入液體電解質。這種「歐不裂」不僅能在受到衝擊時變成固態，而且比之前測試過的產品更容易製造、更堅固。

與所有剪切增稠液一樣，橡樹嶺歐不裂（已經獲得安全抗衝擊電解液方面的專利）在被撞擊後幾秒鐘又會變回液體，並且仍然可以在電極之間產生熾熱的反應。Veith團隊正在開發一個可以變成固體且保持該狀態的版本。他指出，這種材料可以用于軍用夾克，當被子彈擊中時，它可以從可穿戴電池轉變為救生鎧甲。經過監管審查後，橡樹嶺團隊預計，他們的技術將從規避最小風險的應用開始，在幾年內應用到電池中。（馮維維）

相關論文信息：DOI: 10.1126/scienceaav1789

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