@ 2020.01.18 , 23:41

特别能抗伤害的新型水基锂电池

译者:Crestfallen
原文:https://www.wired.co.uk/article/lithium-ion-battery-indestructible

锂离子电池可以说是现代生活的塑造者之一了,从手机到笔记本,从电子烟到电动车,它是大部分充电电器的心脏。尽管拥有相当高的储能密度和蓄电量,它也不是完美无缺的。制造锂电池的原材料剧毒而且易燃,只要一个小小的故障就会造成大大的爆炸。

来自约翰霍普金斯应用物理实验室的一帮研究者们认为,他们有能力鼓捣出更安全的新产品来。于是他们花了五年的时间,来开发一款似乎能永不失效的锂离子电池。在2017年,与来自马里兰大学的研究者同行们一起,他们首次向大众展示了这一款耐操电池。无论是刀砍,枪击,弯折还是液体浸泡——这小电池都能持续供电,金枪不倒。就在去年年底的时候,约翰霍金斯小组更进了一步,解锁了电池的防火功能,并成功地让电压提高到足以媲美目前商业产品的地步。哎呀,三星这下要把眼珠子哭出来了。

小组领导者,资深科学家康斯坦丁诺斯·格拉索普拉斯透露,制造金刚电池的秘诀就在于它特别的电解质,就是那种隔在电池正负极中间的黏糊糊的玩意。当锂电池工作时,带电荷的锂离子从阳极(电池负极)穿过电解质部分来到阴极(电池正极),在那发生化学反应来产出能量。

大部分锂电池使用的电解质由易燃锂盐和剧毒液体混合而成,这意味着“你拥有制造一场灾难所需的全部原材料”。实验室材料科学项目经理杰夫·马拉尼奇如是说。如果电解质这道分隔电池阴阳极的可透过屏障失效,就会造成电池短路,产生巨多的热量。当这巨多的热量揪着电池里富氧阴极附近的易燃锂盐来了一个火辣辣的Kiss时,您就失去了您平平无奇的电子设备,得到了一个劲爆的熔火核心。

水电池能够避免这些问题,水基电解质既不可燃也无毒害,但它们电力实在微弱难堪一用,问世二十五年来只做了一点微小的工作。实验小组们解决了这个问题。通过提高锂盐的浓度,并在电解质中混入由超软塑料构成的聚合物,他们将电势由1.2伏提高到4伏,足以匹敌目前的商业化锂电池了。

当格拉索普拉斯和他的同事们将市面上买到的电池电极插入这种新型电解质时,他们就搞出了这从未见过的船新电池。它和隐形眼镜一样的透明柔软,无毒,不可燃,可在空气中任意加工操作,毫无安全之虞,并且它还可以经受使用者各种姿势的怒草。

实验小组向观众直播实验过程,他们把可怜的小电池泡盐水,用剪刀铰,用空气炮模拟爆炸冲击波炸它,还放火去烧它。然而小电池不在乎,每一次实验,它都仍然在正常的运作。有一次上过火刑后,实验者剪掉了烧焦的地方,余下的部分仍然正常工作了100小时。

马拉尼奇表示这种新型水电池并不仅仅是实验室里的奇迹而已,实验小组已经和某些生产商开始了洽谈,这些生产商声称将新的化学配方和生产参数引入现有的生产线是小菜一碟。他还说这种新型电池很有可能在两年内上市销售,并能涉足旧型号电池未能涉足的新领域。因为新电池的灵活性,它可以被应用在穿戴式电子设备上,甚至直接编织进衣料里。它的耐用性同样让其在军事和科学领域大放异彩,例如为全自动潜水设备,无人机以及卫星供电。

目前仍有一些技术难关需要克服,例如提高电池可重复充放电次数之类。一块典型的智能手机蓄电池可以重复充电超过一千次,但这种新型电池在重复充电一百次后性能就开始下降了。

“精细调整下电解质的化学成分应该能解决问题。”格拉索普拉斯说。也许最终,电器会爆炸的年代也能迎来终结。


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