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用防弹材料打造更安全的防爆电池

时间:2019-08-15 19:52:26 来源:互联网 阅读:0次

  美国密西根大学(University of Michigan)的研究人员利用从克维拉(Kevlar)撷取的纳米纤维,开发出用于锂离子电池电极之间的隔离层,能够有效防止类似波音(Boeing) 787梦幻客机先前发生的起火爆炸意外。

  Kevlar是防弹背心中常用的材料,如今可被用来开发抑制金属卷须生长的隔离层 这种金属卷须可能成为锂电池中不利于电流路径以及导致失控起火的来源。

  密西根大学的研究团队还在密西根州的Ann Arbor市成立了Elegus Technologies,期望将研究成果从实验室推向市场,并预计在2016年第四季展开大量生产。

  与碳纳米管等其他超坚固的材料不同的是,Kevlar是一种绝缘体, 密西根大学Joseph B. and Florence V. Cejka工程学教授Nicholas Kotov解释, 这项特性非常适合用于打造防止电池两极之间发生短路所需的隔离层。

  锂离子电池的作业原理是在两极之间来回传递锂离子,从而形成电荷不平衡,而由于电子无法通过两极之间的薄膜,改由通过电路而起作用。但是,如果薄膜上的孔洞太大,锂原子会自动聚集形成树状晶,终戳穿薄膜。一旦穿透薄膜达到另一端电极,锂原子将会在电池中形成电路,导致电池短路。这就是一般认为导致波音787电池起火爆炸的原因。

  蕨形的树状晶由于具有纳米级尖刺,特别难以隔离阻挡, 在Kotov研究团队中的一名研究生、同时也是Elegus技术长Siu On Tung表示, 因此,更重要的是这些纤维必须形成比尖刺尺寸更小的孔隙。

  在其他薄膜上的孔隙宽度约有几百纳米,或几十万分之一公分,然而,密西根大学所开发的薄膜孔隙约为15至20nm。这已足够大到让个别的锂离子通过,但又够小足以阻止nm的蕨状结构通过。

  研究人员们以紧密层叠纤维的方式制造薄膜。这种方法可使让塑料中的链状分子保持延展性,这对于实现电极之间的锂离子导电率至关重要。

  这种材料的特点是可以做得非常薄,因而能够在相同尺寸的电池中储存更多能量,或者可以缩小电池尺寸, 经由密西根大学创业家计划协助成立Elegus的工程师Dan VanderLey表示, 我们看到许多人对于打造更轻薄的产品十分感兴趣, 目前也已经有 0家公司期望取得这种材料的样品了。

  Kevlar的抗热性高,其薄膜在起火后得以幸免的机率比目前使用的大部份薄膜更高,因而有助于实现更安全的电池。

  虽然研究团队对于这种薄膜阻档锂离子树状晶生长的能力感到满意,但他们目前正致力于寻找各种方法来改善锂离子的流动,使电池能够更快速的充电与放电。

  这项主题为《A dendrite-suppressing solid ion conductor from aramid nanofibers》的研究发表于一期的《自然通讯》(Nature Communications)期刊中。

  编译:Susan Hong

  (参考原文:Can Kevlar Prevent Lithium-Ion Battery Fires?,by Paul Buckley)

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