曉查 郭一璞 發自 凹非寺
量子位 報道 | 公眾號 QbitAI
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。
然而現在，情況有了轉機。
約翰霍普金斯大學應用物理實驗室科學家Konstantinos Gerasopoulo的團隊，創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、不怕折疊或重擊，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大救星，機場安檢人員的福報啊。
甚至，連一向嚴肅的媒體《連線》都用了“Invincible”無敵這個詞來評價它。
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，它不僅不會發生危險，甚至還能繼續充放電循環將近100小時。
簡直是原地滿血復活啊！
而且，在地球上的絕大多數惡劣環境下，這種新電池都能撐得住，不僅不會像傳統鋰電池一樣爆炸，能保證安全；甚至還能繼續工作供電。
比如說，被折疊的時候，它本來就是軟的，你可以隨便玩弄，把它團成球、搓成卷，設置成任何形狀，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施上，成為即使在槍林彈雨中可以運轉的設備。
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燒焦，然后把燒焦的部分剪下來，剩下的部分還能持續使用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。
核心秘密在哪里？
那么，為什么這款電池這么強悍，還不會起火爆炸呢？
造成傳統鋰電池起火最重要的一個原因就是電解質。
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。
而鋰電池的電解質一般是易燃有毒的有機溶劑，很快在短路產生的巨大熱量下燃燒起來。
為了防止鋰電池起火，科學家們想出了各種方法，比如不可燃的水代替有機電解質，代價卻是損失電池的性能。
用水做電解質的鋰電池電壓低、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鍵問題。
近年來，科學家們發現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的科學家們發現，還可以進一步突破“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。
當然，電池里的物質不是吸水珠，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交聯體。
由于這種物質中含有大量的羥基，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達到了4.1V，和我們現在手機普遍使用的電池相當。
應用還待落地
當然，還沒到馬上應用的時候。
這種新型電池，還需要進一步的技術提升，因為現在只能充放電循環100次，研究人員們準備調整一下電解質來解決這個問題。
有意思的是，就在2019年，鋰電池的發明者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，不同廠家都在發展自己的技術。
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極材料，而是將電解質換成安全性更高的凝膠，更難能可貴的是電池在經歷各種破壞時也不會發生危險，甚至之后還能正常使用……
這就給廣大依賴鋰電池的產品和設備，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心的環節。
但現在，一切開始不同了。
你期待嗎？
— 完 —
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