史丹佛教授研發防火電池,被火燒還能讓 LED 燈發光!

【為什麼我們要編譯這篇文章】現階段鋰電池最大的痛點是「不安全」,很容易因為過熱而引發火災。近期史丹佛發明一款防火電池,就算在火焰中也能持續供電,若能量密度、充放電速度等能再提升,或許能成為下一代的電動車電池。(責任編輯:郭家宏)

隨著電動車和物聯網的時代來臨,未來對電池的需求也會大幅成長,當我們在追求電池的續航力、使用壽命和充電速度時,安全性也將是一重大的考量,畢竟未來不管到哪都會需要電池。

可是從發明到現在已過了 30 年,鋰離子電池到現在還是有高溫爆炸的安全疑慮。但這個問題隨著科技發展也將解決,最近美國史丹佛大學的材料科學教授崔屹,發表了他和實驗團隊的最新發明:防火電池!

史丹佛研發防火電池,能在火焰中持續為 LED 燈供電

這顆電池使用的固態電解質非常的薄,只寬約 10 到 25 毫米,擁有 131 mAh/g 的電容量,在攝氏 60 度的環境下可以充放電循環 300 次。乍聽之下這電池好像一點長處都沒有,每項數據都比不過坊間的鋰離子電池,但它厲害的地方是可以在被火燒的同時持續為 LED 燈供電。

雖然固態電解質的易燃性沒有比液態電解質來得高,但也不能說它對高溫和火免疫。但研究團隊使用了數個熔點高的阻燃劑聚合物來製造新的固態電解質,這麼一來就大幅增加了電池的穩定性。

馬里蘭解決鋰電池的通病:造成電池短路的鋰樹枝狀結晶

不管是液態還是固態電解質都有一個毛病,經過無數次的充放電後,陽電極表面會產生樹枝狀的鋰晶體(dendrite),這些樹枝狀晶體最終會刺穿電池的隔板,造成電池短路,釀成災害。

在美國馬里蘭大學研究新電池技術的王春生教授表示,他們巧妙地運用了共聚物的技術解決易燃的問題,但這種聚合物兼具「柔軟」的特性,這種柔軟將無法抑制鋰結晶的產生,會依使用時間越來越變得易燃,這將是研究團隊後面該解決的問題。

積少成多,小突破能夠累積成新一代鋰電池

不過關於電池技術的好消息逐年增加,例如最近在華盛頓州立大學的研究小組電池開發中,他們用二硫化硒包覆陰極,並在液態電解質中加入兩種添加劑,成功在鋰金屬表面上形成了一層緊密,導電且堅固的保護層,足以抑制樹枝狀結晶的生長,並同時具有良好的循環穩定性,可以在同一效率水準下充放電 500 次。

科學家近年都爭相透過更換電極、電解質和基本上一切可以更換的材料來測試開發更耐用的鋰離子電池,或許如果有科學家將這些小幅度的進步整合的話,下一代的電池就會離我們不遠了。

參考資料來源:
1.《IEEE Spectrum》:〈A Lithium-Ion Battery That Works Even When It’s on Fire
2.《IEEE Spectrum》:〈What Happens Inside a Battery to Make It Catch Fire?
3.《ScienceDaily》:〈Advance in next-generation lithium metal batteries
(本文提供合作夥伴轉載。首圖來源:Pexels CC Licensed

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