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科學家發現新聚合物材料 可防止鋰電池起火

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時間:1900/1/1 0:00:00

蓋世汽車訊鋰離子電池存在起火風險,給智能手機和電動汽車的運行帶來不確定性。據外媒報道,圣彼得堡大學電化學系教授奧列格·萊文(Oleg Levin)表示,從2012年到2018年,美國共有2.5萬起電子設備引發的火災報告,而1999年到2012年間只有1013起。這說明隨著電池使用次數的增加,火災的風險也在增加。

過充和短路是鋰離子電池起火或爆炸的主要原因。鋰離子電池在過充和短路后變得過熱,電芯進入熱失控狀態,當溫度上升到70或90℃時會發生化學反應,從而進一步升高溫度,引起火災或爆炸。為了防止電池著火,人們使用鄰近設備,如電子微電路,來跟蹤電池的所有參數,并在緊急情況下關閉電池。然而,大多數火災是由電池制造缺陷和電子微電路故障引起的。

萊文說:“這表明,根據化學反應為電池制定安全策略對于防止電流在電池組內部流動尤為重要。我們建議使用特殊的聚合物,其導電性可以根據電池內部電壓波動進行調節。如果電池正常工作,聚合物不會阻止電流流動;如果電池過度充電、短路或電池電壓下降到正常工作水平以下,聚合物可以轉變為隔離器并進入斷路器模式。"

discovery

(來源:圣彼得堡大學)

他還說,一些聚合物受熱時會改變電阻。實驗過程中,實驗者發現,如果聚合物開始起隔離器的作用,就說明電池已經過熱,并且已經引起了后續的化學反應,僅靠破壞電路循環是無法停止的。這使得該技術收效甚微。因此,人們開始尋求新技術,例如可以在電池開始過熱之前調節電壓的聚合物。

奧列格·萊文的研究項目持續了兩年。在這項技術開發之前的6年里,科學家們對各種聚合物的物理化學性質做了大量的基礎研究,發現了一種可以隨電壓改變電阻的聚合物。萊文說:“開發“化學引信”最困難的是找到活性聚合物。聚合物的種類很多,但是很難找到一種適合做原型的聚合物。另外還要通過開發工業版來提高技術水平,證明我們提出了有效的電池安全策略。因此,我們必須購買大量新設備來設計鋰離子電池的原型和調整技術。”

這種安全技術具有很高的可擴展性。傳統調節保護電路的大小取決于電池功率。因此,電動汽車的動力電池通常體積龐大,價格昂貴。該安全技術可以很容易地對“化學保險絲”進行除垢,并且可以應用于內部集電器的整個表面。

奧列格·萊文說:“鋰離子電池的陰極有很多種。比如電子會通過帶正電的電極進入電子設備。它們也有不同的工作電壓。因此,安全的聚合物需要能夠應對不同類型的陰極。我們設法找到了這種聚合物,但它只適用于一種特定的電池,即磷酸鐵鋰電池。但是,改變聚合物的結構可能會導致其電導率發生變化,因此它適用于其他類型的陰極。通過在聚合物中添加安全成分來適應電池溫度水平的變化,這種安全策略將更具普適性,有望消除所有與電池相關的火災隱患。”

在文章發表之前,圣彼得堡大學已經獲得了這項技術的專利。科學家們目前正在準備一個全尺寸的保護電池模型,以展示給潛在的投資者。蓋世汽車訊鋰離子電池存在起火風險,給智能手機和電動汽車的運行帶來不確定性。據外媒報道,圣彼得堡大學電化學系教授奧列格·萊文(Oleg Levin)表示,從2012年到2018年,美國共有2.5萬起電子設備引發的火災報告,而1999年到2012年間只有1013起。這說明隨著電池使用次數的增加,火災的風險也在增加。

過充和短路是鋰離子電池起火或爆炸的主要原因。鋰離子電池在過充和短路后變得過熱,電芯進入熱失控狀態,當溫度上升到70或90℃時會發生化學反應,從而進一步升高溫度,引起火災或爆炸。為了防止電池著火,人們使用鄰近設備,如電子微電路,來跟蹤電池的所有參數,并在緊急情況下關閉電池。然而,大多數火災是由電池制造缺陷和電子微電路故障引起的。

萊文說:“這表明,根據化學反應為電池制定安全策略對于防止電流在電池組內部流動尤為重要。我們建議使用特殊的聚合物,其導電性可以根據電池內部電壓波動進行調節。如果電池正常工作,聚合物不會阻止電流流動;如果電池過度充電、短路或電池電壓下降到正常工作水平以下,聚合物可以轉變為隔離器并進入斷路器模式。"

discovery

(來源:圣彼得堡大學)

他還說,一些聚合物受熱時會改變電阻。實驗過程中,實驗者發現,如果聚合物開始起隔離器的作用,就說明電池已經過熱,并且已經引起了后續的化學反應,僅靠破壞電路循環是無法停止的。這使得該技術收效甚微。因此,人們開始尋求新技術,例如可以在電池開始過熱之前調節電壓的聚合物。

奧列格·萊文的研究項目持續了兩年。在這項技術開發之前的6年里,科學家們對各種聚合物的物理化學性質做了大量的基礎研究,發現了一種可以隨電壓改變電阻的聚合物。萊文說:“開發“化學引信”最困難的是找到活性聚合物。聚合物的種類很多,但是很難找到一種適合做原型的聚合物。另外還要通過開發工業版來提高技術水平,證明我們提出了有效的電池安全策略。因此,我們必須購買大量新設備來設計鋰離子電池的原型和調整技術。”

這種安全技術具有很高的可擴展性。傳統調節保護電路的大小取決于電池功率。因此,電動汽車的動力電池通常體積龐大,價格昂貴。該安全技術可以很容易地對“化學保險絲”進行除垢,并且可以應用于內部集電器的整個表面。

奧列格·萊文說:“鋰離子電池的陰極有很多種。比如電子會通過帶正電的電極進入電子設備。它們也有不同的工作電壓。因此,安全的聚合物需要能夠應對不同類型的陰極。我們設法找到了這種聚合物,但它只適用于一種特定的電池,即磷酸鐵鋰電池。但是,改變聚合物的結構可能會導致其電導率發生變化,因此它適用于其他類型的陰極。通過在聚合物中添加安全成分來適應電池溫度水平的變化,這種安全策略將更具普適性,有望消除所有與電池相關的火災隱患。”

在文章發表之前,圣彼得堡大學已經獲得了這項技術的專利。科學家們目前正在準備一個全尺寸的保護電池模型,以展示給潛在的投資者。

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