特別能抗傷害的新型水基鋰電池
譯者:Crestfallen
原文:https://www.wired.co.uk/article/lithium-ion-battery-indestructible
鋰離子電池可以說是現代生活的塑造者之一了,從手機到筆記本,從電子煙到電動車,它是大部分充電電器的心臟。盡管擁有相當高的儲能密度和蓄電量,它也不是完美無缺的。制造鋰電池的原材料劇毒而且易燃,只要一個小小的故障就會造成大大的爆炸。
來自約翰霍普金斯應用物理實驗室的一幫研究者們認為,他們有能力鼓搗出更安全的新產品來。于是他們花了五年的時間,來開發一款似乎能永不失效的鋰離子電池。在2017年,與來自馬里蘭大學的研究者同行們一起,他們首次向大眾展示了這一款耐操電池。無論是刀砍,槍擊,彎折還是液體浸泡——這小電池都能持續供電,金槍不倒。就在去年年底的時候,約翰霍金斯小組更進了一步,解鎖了電池的防火功能,并成功地讓電壓提高到足以媲美目前商業產品的地步。哎呀,三星這下要把眼珠子哭出來了。
小組領導者,資深科學家康斯坦丁諾斯·格拉索普拉斯透露,制造金剛電池的秘訣就在于它特別的電解質,就是那種隔在電池正負極中間的黏糊糊的玩意。當鋰電池工作時,帶電荷的鋰離子從陽極(電池負極)穿過電解質部分來到陰極(電池正極),在那發生化學反應來產出能量。
大部分鋰電池使用的電解質由易燃鋰鹽和劇毒液體混合而成,這意味著“你擁有制造一場災難所需的全部原材料”。實驗室材料科學項目經理杰夫·馬拉尼奇如是說。如果電解質這道分隔電池陰陽極的可透過屏障失效,就會造成電池短路,產生巨多的熱量。當這巨多的熱量揪著電池里富氧陰極附近的易燃鋰鹽來了一個火辣辣的Kiss時,您就失去了您平平無奇的電子設備,得到了一個勁爆的熔火核心。
水電池能夠避免這些問題,水基電解質既不可燃也無毒害,但它們電力實在微弱難堪一用,問世二十五年來只做了一點微小的工作。實驗小組們解決了這個問題。通過提高鋰鹽的濃度,并在電解質中混入由超軟塑料構成的聚合物,他們將電勢由1.2伏提高到4伏,足以匹敵目前的商業化鋰電池了。
當格拉索普拉斯和他的同事們將市面上買到的電池電極插入這種新型電解質時,他們就搞出了這從未見過的船新電池。它和隱形眼鏡一樣的透明柔軟,無毒,不可燃,可在空氣中任意加工操作,毫無安全之虞,并且它還可以經受使用者各種姿勢的怒草。
實驗小組向觀眾直播實驗過程,他們把可憐的小電池泡鹽水,用剪刀鉸,用空氣炮模擬爆炸沖擊波炸它,還放火去燒它。然而小電池不在乎,每一次實驗,它都仍然在正常的運作。有一次上過火刑后,實驗者剪掉了燒焦的地方,余下的部分仍然正常工作了100小時。
馬拉尼奇表示這種新型水電池并不僅僅是實驗室里的奇跡而已,實驗小組已經和某些生產商開始了洽談,這些生產商聲稱將新的化學配方和生產參數引入現有的生產線是小菜一碟。他還說這種新型電池很有可能在兩年內上市銷售,并能涉足舊型號電池未能涉足的新領域。因為新電池的靈活性,它可以被應用在穿戴式電子設備上,甚至直接編織進衣料里。它的耐用性同樣讓其在軍事和科學領域大放異彩,例如為全自動潛水設備,無人機以及衛星供電。
目前仍有一些技術難關需要克服,例如提高電池可重復充放電次數之類。一塊典型的智能手機蓄電池可以重復充電超過一千次,但這種新型電池在重復充電一百次后性能就開始下降了。
“精細調整下電解質的化學成分應該能解決問題。”格拉索普拉斯說。也許最終,電器會爆炸的年代也能迎來終結。


