曉查 郭一璞 發(fā)自 凹非寺
量子位 報(bào)道 | 公眾號(hào) QbitAI
Bong！
鋰電池爆炸，真是太危險(xiǎn)了。
小則損傷財(cái)物，大則影響生命安全。
但是，誰(shuí)讓它能量密度大呢？總不能為了玩手機(jī)，扛?jìng)€(gè)鉛酸電池出門(mén)吧。
然而現(xiàn)在，情況有了轉(zhuǎn)機(jī)。
約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家Konstantinos Gerasopoulo的團(tuán)隊(duì)，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)簦踔聊芟窦埰粯与S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(jī)爆炸”的新聞了。
這簡(jiǎn)直是消費(fèi)電子行業(yè)大救星，機(jī)場(chǎng)安檢人員的福報(bào)啊。
甚至，連一向嚴(yán)肅的媒體《連線(xiàn)》都用了“Invincible”無(wú)敵這個(gè)詞來(lái)評(píng)價(jià)它。
短路折疊水淹火燒撞擊都不怕
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(bào)廢算好的，沒(méi)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(kāi)，它不僅不會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)，甚至還能繼續(xù)充放電循環(huán)將近100小時(shí)。
簡(jiǎn)直是原地滿(mǎn)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(huì)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(shuō)，被折疊的時(shí)候，它本來(lái)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(méi)問(wèn)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(huì)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(cè)設(shè)備里也是十分可行的了。
甚至，在模擬彈道撞擊的實(shí)驗(yàn)里，電池依然能保證運(yùn)行。
這就再也不用擔(dān)心電池跌落或者遭到撞擊時(shí)著火了，有了這個(gè)特性，它將來(lái)或許能用在軍事設(shè)施上，成為即使在槍林彈雨中可以運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備。
甚至你簡(jiǎn)單粗暴的直接放火燒也沒(méi)啥問(wèn)題。
研究人員直接把電池?zé)梗缓蟀褵沟牟糠旨粝聛?lái)，剩下的部分還能持續(xù)使用100小時(shí)。
不怕水，不怕火，不怕撞擊，不怕短路，真是打不死的小強(qiáng)。
核心秘密在哪里？
那么，為什么這款電池這么強(qiáng)悍，還不會(huì)起火爆炸呢？
造成傳統(tǒng)鋰電池起火最重要的一個(gè)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(shí)候，我們需要將正負(fù)極分離開(kāi)。如果它們之間的隔膜受到外力作用被刺穿，將會(huì)造成短路。
而鋰電池的電解質(zhì)一般是易燃有毒的有機(jī)溶劑，很快在短路產(chǎn)生的巨大熱量下燃燒起來(lái)。
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(jī)電解質(zhì)，代價(jià)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(guò)2V，能量密度不超過(guò)70Wh/kg。原因就在于電池的水實(shí)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(wèn)題。
近年來(lái)，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(三氟甲磺酰基)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(guò)了水，所以被叫做“鹽包水”電池（WiS或WiBS）。
來(lái)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(lèi)的凝膠中。
用一種凝膠的物質(zhì)巧妙地解決了這個(gè)問(wèn)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(jiàn)，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(wèn)題放電窗口已經(jīng)達(dá)到了4.1V，和我們現(xiàn)在手機(jī)普遍使用的電池相當(dāng)。
應(yīng)用還待落地
當(dāng)然，還沒(méi)到馬上應(yīng)用的時(shí)候。
這種新型電池，還需要進(jìn)一步的技術(shù)提升，因?yàn)楝F(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(lái)解決這個(gè)問(wèn)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(jiǎng)。
但是在鋰電池進(jìn)化的這條道路上，我們還有很長(zhǎng)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(chǎng)家都在發(fā)展自己的技術(shù)。
針對(duì)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(shí)也不會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)，甚至之后還能正常使用……
這就給廣大依賴(lài)鋰電池的產(chǎn)品和設(shè)備，帶來(lái)了福音。
特別是電動(dòng)車(chē)，鋰電池的“安全感”，始終是車(chē)主和乘客最擔(dān)心的環(huán)節(jié)。
但現(xiàn)在，一切開(kāi)始不同了。
你期待嗎？
— 完 —
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