蓄電池使用不當(dāng)或質(zhì)量不佳時(shí)有時(shí)會(huì)著火或爆炸。而科學(xué)家和初創(chuàng)公司長(zhǎng)期以來(lái)一直致力于打造更安全的電池。他們致力于開(kāi)發(fā)和測(cè)試新材料，希望能夠一勞永逸地解決問(wèn)題。但是似乎每種方法都有難以解決的問(wèn)題，而現(xiàn)在最實(shí)用的解決方案可能是技術(shù)最保守的解決方案。
改進(jìn)電池的安全性能主要有三個(gè)步驟：電池的電解液避免使用易燃液體；電池組件必須防火；改善電池中的現(xiàn)有安全功能。而這些對(duì)于電池來(lái)說(shuō)，其變化是緩慢的。
技術(shù)研究人員了解電池工作的基本知識(shí)以及電池故障的原因非常重要。很明顯，人們談?wù)摰拇蠖嗍卿囯x子電池，這是最常見(jiàn)的電池類(lèi)型，因?yàn)殇囯姵乜梢蕴峁┤绱硕嗟哪芰俊？茖W(xué)家們也正在開(kāi)發(fā)鎂電池（它們放電很慢）和硫磺電池（不會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間），但鋰離子電池目前仍然是市場(chǎng)的主流。
鋰離子電池主要由兩個(gè)電極或?qū)щ婓w組成，電解液中的鋰離子從一側(cè)移動(dòng)到另一側(cè)，電池中電解質(zhì)卻是高度易燃的化學(xué)物質(zhì)。
電池爆炸或著火有幾個(gè)不同的原因。最常見(jiàn)的是，過(guò)多熱量或糟糕的電池設(shè)計(jì)會(huì)使電解質(zhì)以一種產(chǎn)生熱量的方式產(chǎn)生反應(yīng)，這種“熱失控”現(xiàn)象導(dǎo)致電池著火或爆炸。電池制造商通常在電池的兩極之間放置隔板以防止它們接觸。如果隔板出現(xiàn)故障，就會(huì)著火或爆炸，而這就是三星手機(jī)電池發(fā)生的情況
那么如何解決這個(gè)問(wèn)題？
如今，一個(gè)宣傳解決方案是開(kāi)發(fā)固態(tài)鋰離子電池。這個(gè)想法很簡(jiǎn)單：不使用易燃的液體電解質(zhì)，而是采用用固體材料制造電解質(zhì)；固體鋰離子電池不太可能爆炸或著火。但鋰離子通過(guò)固體比通過(guò)液體更難，這意味著固態(tài)電池難以設(shè)計(jì)，而且價(jià)格昂貴，并且可能存在性能問(wèn)題。
生產(chǎn)固態(tài)鋰電池有三種主要材料。美國(guó)塔夫茨大學(xué)材料科學(xué)家、固體鋰離子電池公司離子材料公司的創(chuàng)始人Michael Zimmerman解釋說(shuō)，可以采用陶瓷、玻璃或聚合物生產(chǎn)電解質(zhì)。
陶瓷和玻璃具有脆弱的特性，一旦施加壓力很容易破裂。Zimmerman說(shuō)，陶瓷和玻璃也很難大量生產(chǎn)，因?yàn)槿藗冃枰罅康碾姵兀@使得大量采用這些材料變得不切實(shí)際。另外，在生產(chǎn)這些材料的過(guò)程有時(shí)會(huì)釋放出有毒氣體。
還有一種材料就是聚合物。一些聚合物可以傳導(dǎo)離子，但通常只能在極高的溫度下工作。 Zimmerman的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種聚合物，可以在室溫下傳導(dǎo)離子，但也具有阻燃性。在一段視頻中，他們演示了如何在不著火的情況下將其切成碎片。
現(xiàn)在，Ionic Materials公司正在與電池制造商合作，他們需要改變生產(chǎn)制造電池的方式以適應(yīng)新的聚合物。Zimmerman說(shuō)，希望在未來(lái)兩三年內(nèi)可以推出這種電池。
兩三年的時(shí)間聽(tīng)起來(lái)并不長(zhǎng)，但對(duì)業(yè)界人士來(lái)說(shuō)有些等不及。“有些廠(chǎng)商承諾固態(tài)鋰離子電池將在未來(lái)兩到三年內(nèi)進(jìn)入市場(chǎng)，而近年來(lái)投資者對(duì)固態(tài)鋰電池的技術(shù)進(jìn)展越來(lái)越不耐煩。”專(zhuān)門(mén)從事電池研究的研究機(jī)構(gòu)Navigant Research公司分析師Ian McClenny說(shuō)。
McClenny表示，一些電動(dòng)汽車(chē)制造商都表示他們?cè)诠虘B(tài)鋰離子電池技術(shù)方面取得了突破。
但McClenny認(rèn)為，幾乎所有的固態(tài)鋰離子電池都沒(méi)有實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。
推動(dòng)電池創(chuàng)新的主要驅(qū)動(dòng)因素是電動(dòng)汽車(chē)，而現(xiàn)在，大多數(shù)固態(tài)鋰離子電池的工作可能會(huì)持續(xù)一年半。這對(duì)于手機(jī)來(lái)說(shuō)可能是可以接受的，但對(duì)于昂貴的電動(dòng)車(chē)來(lái)說(shuō)這幾乎是不可行的。
NOHM科技公司的首席技術(shù)官Surya Moganty表示，尋求更加安全電池的另一個(gè)策略是使電解質(zhì)本身具有防火性，盡管其仍然是液體。他們用“離子固體”開(kāi)發(fā)電解質(zhì)，這種材料類(lèi)似于鹽，但在室溫下是液體。
將這種材料制成電解質(zhì)使它們具有阻燃性，但同樣可能存在電池壽命問(wèn)題。 NOHM公司正在改進(jìn)配方，以便使用其技術(shù)的電池可以持續(xù)長(zhǎng)達(dá)500個(gè)充放電周期，并且還與制造商合作以獲得該技術(shù)的許可。一個(gè)類(lèi)似的問(wèn)題困擾著研究人員，他們?nèi)ツ觊_(kāi)發(fā)了一種水基電池，這種電池很安全。其單體電壓可以達(dá)到4伏，與有機(jī)電解質(zhì)的電壓相同，但充放電周期大約只有70個(gè)，正如Moganty指出的那樣，電池生產(chǎn)商希望這種電池能夠持續(xù)至少500個(gè)充放電周期。
Moganty說(shuō)，在這些令人興奮的技術(shù)中，似乎沒(méi)有一種比較成熟可行的技術(shù)。
現(xiàn)在，最有效的策略可能不是來(lái)自重大技術(shù)改變或者重新發(fā)明新電池。而是對(duì)現(xiàn)有功能進(jìn)行改善的電池。例如，已經(jīng)包含電池管理系統(tǒng)的電池，該系統(tǒng)是一種可以監(jiān)控電池運(yùn)行情況的軟件，可以檢測(cè)電池是否出現(xiàn)問(wèn)題。
McClenny說(shuō)，“能夠精確定位不符合標(biāo)準(zhǔn)的電池可以延長(zhǎng)電池的使用壽命。”
這類(lèi)似于總部位于圣地亞哥的電池安全商Amionx公司所采取的方法，Amionx公司從電池公司American Lithium Energy中分離出來(lái)的一家公司，其研究曾為美國(guó)軍方生產(chǎn)防火電池。
該公司首席運(yùn)營(yíng)官Bill Davidson表示，他們的技術(shù)名為SafeCore，是電池安全的最后一道防線(xiàn)。 SafeCore技術(shù)不會(huì)更改電池本身的組件，它只是電池內(nèi)部采用一層隔離材料，可以在著火之前進(jìn)行阻斷。當(dāng)由過(guò)熱或過(guò)高的電壓觸發(fā)時(shí)，這層隔離材料將會(huì)中斷電池電極之間的連接，并調(diào)節(jié)通過(guò)電池的電流。
盡管電池爆炸事件備受矚目，就像三星的Galaxy Note 7手機(jī)一樣，但是從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，如今的電池比過(guò)去更安全。
在安全性方面，最簡(jiǎn)單的解決方案不一定是技術(shù)，而是結(jié)構(gòu)。技術(shù)專(zhuān)家表示，從理論上講，鋰離子電池已經(jīng)達(dá)到了其最大電池壽命的90％，并且很多廠(chǎng)商致力于開(kāi)發(fā)更快、更強(qiáng)大的電池。
McClenny表示，如果企業(yè)采用漸進(jìn)式改進(jìn)而不是快速尋找一種解決方案以提高容量和功率密度的話(huà)，那么他們生產(chǎn)的電池可能更具可持續(xù)性。
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