鋰電池技術(shù)關(guān)鍵突破：短路折疊水淹火燒撞擊都不怕

編者按：本文來自微信公眾號“量子位”（ID:QbitAI），作者：曉查 郭一璞，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。

Bong！

鋰電池爆炸，真是太危險了。

小則損傷財物，大則影響生命安全。

但是，誰讓它能量密度大呢？總不能為了玩手機，扛個鉛酸電池出門吧。

然而現(xiàn)在，情況有了轉(zhuǎn)機。

約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室科學(xué)家Konstantinos Gerasopoulo的團(tuán)隊，創(chuàng)造了一種新的鋰電池。

在保持性能的前提下，這種新電池不怕水泡、不怕火燒、不怕折疊或重?fù)?，甚至能像紙片一樣隨意裁剪隨意折疊，即使短路也還能繼續(xù)使用。

要是它能普及，你可能就再也看不到“xx品牌手機爆炸”的新聞了。

這簡直是消費電子行業(yè)大救星，機場安檢人員的福報啊。

甚至，連一向嚴(yán)肅的媒體《連線》都用了“Invincible”無敵這個詞來評價它。

這種新的鋰電池最逆天的屬性，就是：

耐操。

首先，普通電池一旦被短路，報廢算好的，沒爆炸著火都是福大命大。

但這種新電池，短路之后，你把它短路的地方斷開，它不僅不會發(fā)生危險，甚至還能繼續(xù)充放電循環(huán)將近100小時。

簡直是原地滿血復(fù)活啊！

而且，在地球上的絕大多數(shù)惡劣環(huán)境下，這種新電池都能撐得住，不僅不會像傳統(tǒng)鋰電池一樣爆炸，能保證安全；甚至還能繼續(xù)工作供電。

比如說，被折疊的時候，它本來就是軟的，你可以隨便玩弄，把它團(tuán)成球、搓成卷，設(shè)置成任何形狀，甚至裝在衣服里面都沒問題。

而且，這種新電池也不怕外部破壞，用剪刀剪掉一塊，再放進(jìn)鹽水里，它不會被剪壞，還耐腐蝕，仍然可以供電。

既然不怕鹽水，那把它裝在用于水下的探測設(shè)備里也是十分可行的了。

甚至，在模擬彈道撞擊的實驗里，電池依然能保證運行。

這就再也不用擔(dān)心電池跌落或者遭到撞擊時著火了，有了這個特性，它將來或許能用在軍事設(shè)施上，成為即使在槍林彈雨中可以運轉(zhuǎn)的設(shè)備。

甚至你簡單粗暴的直接放火燒也沒啥問題。

研究人員直接把電池?zé)?，然后把燒焦的部分剪下來，剩下的部分還能持續(xù)使用100小時。

不怕水，不怕火，不怕撞擊，不怕短路，真是打不死的小強。

那么，為什么這款電池這么強悍，還不會起火爆炸呢？

造成傳統(tǒng)鋰電池起火最重要的一個原因就是電解質(zhì)。

由于鋰的活性很高，使用鋰離子的電池的時候，我們需要將正負(fù)極分離開。如果它們之間的隔膜受到外力作用被刺穿，將會造成短路。

而鋰電池的電解質(zhì)一般是易燃有毒的有機溶劑，很快在短路產(chǎn)生的巨大熱量下燃燒起來。

為了防止鋰電池起火，科學(xué)家們想出了各種方法，比如不可燃的水代替有機電解質(zhì)，代價卻是損失電池的性能。

用水做電解質(zhì)的鋰電池電壓低、能量密度低，一般電壓不超過2V，能量密度不超過70Wh/kg。原因就在于電池的水實在太多了。所以如何降低這種電池中的水含量成了關(guān)鍵問題。

近年來，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種在水中溶劑度極高的鋰鹽，叫做“雙(三氟甲磺?；?酰亞胺鋰”（LiTFSI），可以將電池的穩(wěn)定放電窗口提高到3.0V。

由于溶液中鹽的含量甚至超過了水，所以被叫做“鹽包水”電池（WiS或WiBS）。

來自約翰霍普金斯大學(xué)的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，還可以進(jìn)一步突破“鹽包水”電池的極限。他們把鋰鹽溶液放在一種聚丙烯酸類的凝膠中。

用一種凝膠的物質(zhì)巧妙地解決了這個問題。

聚丙烯酸是一種特別能“藏水”的聚合物，在生活中也很常見，我們玩的彩色吸水珠，主要成分就是它。

當(dāng)然，電池里的物質(zhì)不是吸水珠，而是由聚丙烯酸酯為前體，用紫外光照射使之聚合，生成的MPEGA和PEGDA交聯(lián)體。

由于這種物質(zhì)中含有大量的羥基，可以把鋰鹽水溶液鎖在其中。

將凝膠電池進(jìn)一步處理后得到的濃縮凝膠鹽包水電池（C-W-GPE）的問題放電窗口已經(jīng)達(dá)到了4.1V，和我們現(xiàn)在手機普遍使用的電池相當(dāng)。

當(dāng)然，還沒到馬上應(yīng)用的時候。

這種新型電池，還需要進(jìn)一步的技術(shù)提升，因為現(xiàn)在只能充放電循環(huán)100次，研究人員們準(zhǔn)備調(diào)整一下電解質(zhì)來解決這個問題。

有意思的是，就在2019年，鋰電池的發(fā)明者Goodenough——“棒的很”老爺子，也獲得了2019年諾貝爾獎。

但是在鋰電池進(jìn)化的這條道路上，我們還有很長的路要走。

光是正極材料就有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等，每種材料的安全性、壽命、能量密度各有不同，不同廠家都在發(fā)展自己的技術(shù)。

針對鋰電池的安全性就有不同的解決方案，JHU的這種方法并非著眼于正負(fù)極材料，而是將電解質(zhì)換成安全性更高的凝膠，更難能可貴的是電池在經(jīng)歷各種破壞時也不會發(fā)生危險，甚至之后還能正常使用……

這就給廣大依賴鋰電池的產(chǎn)品和設(shè)備，帶來了福音。

特別是電動車，鋰電池的“安全感”，始終是車主和乘客最擔(dān)心的環(huán)節(jié)。

但現(xiàn)在，一切開始不同了。

你期待嗎？