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科学家发现新聚合物材料 可防止锂电池起火

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时间:1900/1/1 0:00:00

盖世汽车讯锂离子电池存在起火风险,给智能手机和电动汽车的运行带来不确定性。据外媒报道,圣彼得堡大学电化学系教授奥列格·莱文(Oleg Levin)表示,从2012年到2018年,美国共有2.5万起电子设备引发的火灾报告,而1999年到2012年间只有1013起。这说明随着电池使用次数的增加,火灾的风险也在增加。

过充和短路是锂离子电池起火或爆炸的主要原因。锂离子电池在过充和短路后变得过热,电芯进入热失控状态,当温度上升到70或90℃时会发生化学反应,从而进一步升高温度,引起火灾或爆炸。为了防止电池着火,人们使用邻近设备,如电子微电路,来跟踪电池的所有参数,并在紧急情况下关闭电池。然而,大多数火灾是由电池制造缺陷和电子微电路故障引起的。

莱文说:“这表明,根据化学反应为电池制定安全策略对于防止电流在电池组内部流动尤为重要。我们建议使用特殊的聚合物,其导电性可以根据电池内部电压波动进行调节。如果电池正常工作,聚合物不会阻止电流流动;如果电池过度充电、短路或电池电压下降到正常工作水平以下,聚合物可以转变为隔离器并进入断路器模式。"

discovery

(来源:圣彼得堡大学)

他还说,一些聚合物受热时会改变电阻。实验过程中,实验者发现,如果聚合物开始起隔离器的作用,就说明电池已经过热,并且已经引起了后续的化学反应,仅靠破坏电路循环是无法停止的。这使得该技术收效甚微。因此,人们开始寻求新技术,例如可以在电池开始过热之前调节电压的聚合物。

奥列格·莱文的研究项目持续了两年。在这项技术开发之前的6年里,科学家们对各种聚合物的物理化学性质做了大量的基础研究,发现了一种可以随电压改变电阻的聚合物。莱文说:“开发“化学引信”最困难的是找到活性聚合物。聚合物的种类很多,但是很难找到一种适合做原型的聚合物。另外还要通过开发工业版来提高技术水平,证明我们提出了有效的电池安全策略。因此,我们必须购买大量新设备来设计锂离子电池的原型和调整技术。”

这种安全技术具有很高的可扩展性。传统调节保护电路的大小取决于电池功率。因此,电动汽车的动力电池通常体积庞大,价格昂贵。该安全技术可以很容易地对“化学保险丝”进行除垢,并且可以应用于内部集电器的整个表面。

奥列格·莱文说:“锂离子电池的阴极有很多种。比如电子会通过带正电的电极进入电子设备。它们也有不同的工作电压。因此,安全的聚合物需要能够应对不同类型的阴极。我们设法找到了这种聚合物,但它只适用于一种特定的电池,即磷酸铁锂电池。但是,改变聚合物的结构可能会导致其电导率发生变化,因此它适用于其他类型的阴极。通过在聚合物中添加安全成分来适应电池温度水平的变化,这种安全策略将更具普适性,有望消除所有与电池相关的火灾隐患。”

在文章发表之前,圣彼得堡大学已经获得了这项技术的专利。科学家们目前正在准备一个全尺寸的保护电池模型,以展示给潜在的投资者。盖世汽车讯锂离子电池存在起火风险,给智能手机和电动汽车的运行带来不确定性。据外媒报道,圣彼得堡大学电化学系教授奥列格·莱文(Oleg Levin)表示,从2012年到2018年,美国共有2.5万起电子设备引发的火灾报告,而1999年到2012年间只有1013起。这说明随着电池使用次数的增加,火灾的风险也在增加。

过充和短路是锂离子电池起火或爆炸的主要原因。锂离子电池在过充和短路后变得过热,电芯进入热失控状态,当温度上升到70或90℃时会发生化学反应,从而进一步升高温度,引起火灾或爆炸。为了防止电池着火,人们使用邻近设备,如电子微电路,来跟踪电池的所有参数,并在紧急情况下关闭电池。然而,大多数火灾是由电池制造缺陷和电子微电路故障引起的。

莱文说:“这表明,根据化学反应为电池制定安全策略对于防止电流在电池组内部流动尤为重要。我们建议使用特殊的聚合物,其导电性可以根据电池内部电压波动进行调节。如果电池正常工作,聚合物不会阻止电流流动;如果电池过度充电、短路或电池电压下降到正常工作水平以下,聚合物可以转变为隔离器并进入断路器模式。"

discovery

(来源:圣彼得堡大学)

他还说,一些聚合物受热时会改变电阻。实验过程中,实验者发现,如果聚合物开始起隔离器的作用,就说明电池已经过热,并且已经引起了后续的化学反应,仅靠破坏电路循环是无法停止的。这使得该技术收效甚微。因此,人们开始寻求新技术,例如可以在电池开始过热之前调节电压的聚合物。

奥列格·莱文的研究项目持续了两年。在这项技术开发之前的6年里,科学家们对各种聚合物的物理化学性质做了大量的基础研究,发现了一种可以随电压改变电阻的聚合物。莱文说:“开发“化学引信”最困难的是找到活性聚合物。聚合物的种类很多,但是很难找到一种适合做原型的聚合物。另外还要通过开发工业版来提高技术水平,证明我们提出了有效的电池安全策略。因此,我们必须购买大量新设备来设计锂离子电池的原型和调整技术。”

这种安全技术具有很高的可扩展性。传统调节保护电路的大小取决于电池功率。因此,电动汽车的动力电池通常体积庞大,价格昂贵。该安全技术可以很容易地对“化学保险丝”进行除垢,并且可以应用于内部集电器的整个表面。

奥列格·莱文说:“锂离子电池的阴极有很多种。比如电子会通过带正电的电极进入电子设备。它们也有不同的工作电压。因此,安全的聚合物需要能够应对不同类型的阴极。我们设法找到了这种聚合物,但它只适用于一种特定的电池,即磷酸铁锂电池。但是,改变聚合物的结构可能会导致其电导率发生变化,因此它适用于其他类型的阴极。通过在聚合物中添加安全成分来适应电池温度水平的变化,这种安全策略将更具普适性,有望消除所有与电池相关的火灾隐患。”

在文章发表之前,圣彼得堡大学已经获得了这项技术的专利。科学家们目前正在准备一个全尺寸的保护电池模型,以展示给潜在的投资者。

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