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科技创新

电池去“火”新方法

电池的安全性是制约电动车普及的重要因素之一。为了提升电动汽车电池的安全性,5月12日,中国工业和信息化部组织制定的GB 18384-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》、GB 30381-2020《电动汽车安全要求》和GB 38032-2020《电动客车安全要求》三项强制性国家标准,要求电池热失控须在5分钟内不起火不爆炸。与此同时,国外的企业和科学家们也在进行研究,致力于制造出“不会着火”的电动汽车电池。

Ecovolta推新电动车电池安全概念 可有效降低电池起火/爆炸风险 

瑞士电池制造商Ecovolta正为其锂离子电池引进一种新安全概念,该概念被证实可以降低电动汽车电池起火和爆炸的风险。该公司采用了由电解镀镍冷轧带材制成的电池接头,当电流上升时,该接头可自动将有故障电池组部分与其他部分断开。
 
在电池组受到机械损伤的情况下,一旦高电流流经受损伤的区域时,该区域温度会上升,最终可能会导致爆炸和电池起火。相较之下,Ecovolta的电池组在发生机械损伤时,只有电池连接处的局部温度会升高。然后,连接处会融合,将受损的电池与完好的电池组分离开来,电池组的其余部分仍可正常工作,以大大降低电池起火甚至爆炸的风险。

科学家研发新型柔性锂离子电池 可被切割但不会起火 

美国约翰·霍普金斯大学应用物理实验室(Johns Hopkins Applied Physics Laboratory)的一组研究人员设计了一种柔性锂离子电池,即使在被切割、被浸没、被模拟弹道撞击等极端条件下,该电池都可正常工作,而且现在,该电池还不会着火。

研究小组发现了一种新型water-in-salt(WiS)和water-in-bisalt(WiBS)电解质,当与聚合物基质合并,可以减少水的活动,提高电池的能量,延长其生命周期,同时消除目前锂离子电池中易燃、有毒、高活性的溶剂。研究人员表示,该种电解质是安全且强大的替代品,完全可以取代现有的电池电解质。

英国机构研究新型电池冷却技术 降低电池起火风险 

英国M&I Materials公司、华威大学制造工程学院(WMG)和里卡多咨询机构,联手推出i-CoBat项目,旨在开发和演示新型电动汽车电池冷却技术,采用M&I Materials公司的可降解介质冷却液MIVOLT,以测试浸入式冷却电池组概念。MIVOLT介质液体不导电,可直接与电池组接触,可使其成为介质冷却剂,直接将热量从电芯表面移走。。采用MIVOLT进行液体浸入式冷却,可以从热源开始进行热传导,不需要二次间接冷却系统,从而提供更简单的热管理解决方案。

这一创新有望提高功率输出和电池寿命,加快充电速度,同时降低成本,有效解决里程焦虑问题。这不仅仅是保持电池冷却的问题,而且可以优化操作温度。

密歇根大学采用陶瓷层电解质 提升锂金属电池性能并预防电池起火 

密歇根大学研究人员为锂金属电池选用了一款陶瓷质地的固态电解质,旨在解决电池短路及耐用性不强等问题,或将为新一代充电电池的发展指明道路。

为解决锂金属易燃问题,研究人员制作了一款陶瓷层,其表面稳定,可防止金属枝晶(metal whiskers)的生成及潜在的电池短路问题,后者或导致电池起火。该陶瓷层使得锂金属的两大优点——能量密度及高导电性得到充分的应用,且不存在电池起火或使用期较长出现降解等问题。此外,新款锂金属电池技术不仅能防止起火,还能大幅提升充电速率。

ASU研究人员欲用陶瓷替代电解液 解决锂离子电池短路及起火问题 

亚利桑那州立大学(ASU)的专家们提出用陶瓷来替代易燃的电解质,因为大部分电池安全问题都是由于短路引起的,而如果电解质易着火,还会引起气体散发及材料降解等连锁反应。目前大部分的研究就专注于利用更为稳定的固态材料替代电解液,并维持其较高的离子导电性,以实现电池不易燃。不过,挑战在于,许多固体电解质易碎,因此该团队正在探索将具有锂离子导电性的陶瓷纳米材料与聚合物相融合,以获得理想的固态电解质,并确保其具备良好的机械性能、较高的锂离子导电性及优越的安全性。

瑞士研发全固态钠电池 新材料避免起火风险 

瑞士联邦材料测试与开发研究所(Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology,EMPA)与瑞士日内瓦大学(University of Geneva,UNIGE)的研究人员设计了新款全固态(all-solid-state)电池样品,该款电池能够存储更多的电能,同时具有较高的安全性及可靠性。

新款电池采用了固态电解质,为防止枝晶(会导致电池短路甚至起火)的形成,采用了金属阳极,在提升储能性能的同时确保了电池的安全性。为找到合适的固态离子导体,让钠离子能够在两个电极之间移动,以实现充放电,研究人员还研发了一款硼基物质——Na2(B12H12)0.5(B10H10)0.5,这是一种闭合型的硼,使钠离子能够自由流动。此外,由于该物质是无机导体,还可避免充电起火的风险。

美国大学为锂金属电池打造“泄洪道” 电池短路时不会着火或爆炸 

美国加州大学圣地亚哥分校(University of California San Diego)的纳米技术工程师们研发了一种安全功能,可以在锂金属电池内部短路时,防止其迅速升温并着火。该团队对电池“隔膜”(电池阴阳极之间的屏障)进行了巧妙调整,从而可以在电池短路时,让电池内部积聚的能量(即热量)的流动速度减慢。

该隔膜的一面覆盖了一层薄薄的、可部分导电的碳纳米管网,可以拦截形成的树突(锂金属电池在反复充电后,阳极上会生长一种称为“树突”的针状结构,从而导致电池失效)。当一个树突刺破该隔膜,撞上该网时,有一个通道让电子慢慢排出,而不是直接一下子流到阴极,以防止电子“泛滥”到阴极。当树突被隔膜的导电层拦截时,该电池会开始自我放电,所以,当电池真的短路时,也没有足够的能量引发危险情况,最终可以减轻电池短路带来的影响。

伊利诺伊大学研究人员用石墨烯包裹锂电池阴极 防止电池起火 

美国伊利诺伊大学芝加哥工程学院(the University of Illinois at Chicago College of Engineering)的研究人员发布了一份报告,表示石墨烯可能可以在锂离子电池着火时吸走氧气,从而降低起火风险。

锂电池起火的原因在于电池快速循环或充放电,以及电池内积聚的高温。上述情况会导致电池内部的阴极(大多数情况下,阴极都是含有锂的氧化物,通常是锂钴氧化物)分解并释放氧气。而电解质在高温下会分解释放出易燃品,如果氧气与此类易燃品相结合,就会发生自燃。研究人员知道,氧原子无法从石墨烯片中渗出。此外,石墨烯还具有强度高、柔韧性好、可导电等优点。他们认为,如果用石墨烯将锂电池的钴酸锂阴极小颗粒包裹起来,就可能阻止氧气逸出。于是,研究人员将被石墨烯包裹的颗粒与粘合材料结合形成阴极,集成至锂金属电池中。最终,当研究人员测量电池循环过程中氧气释放情况时发现,即使在非常高的电压下,也几乎没有氧气从阴极中逸出。即使在200次充放电循环之后,锂金属电池的表现仍然很好。



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