去年,一些三星 Galaxy Note7 智能手机的用户痛苦地了解到,锂离子电池(许多消费电子产品中常用的电池)可能是易燃甚至易爆的。此类电池通常依赖液体电解质,液体电解质由有机溶剂和溶解的盐组成。这些液体使离子能够在由多孔膜隔开的电极之间流动,从而产生电流。但是,这种液体容易形成枝晶——微观的锂纤维,可能导致电池短路并迅速升温。现在的研究表明,气体电解质可以产生更强大、更安全的电池。
加州大学圣地亚哥分校的博士后研究员赛勒斯·鲁斯托吉(Cyrus Rustomji)及其同事最近测试了由液化氟甲烷气体溶剂组成的电解质,这种溶剂可以像传统的液基对应物一样吸收锂盐。在实验电池完全充电和放电 400 次后,它保持的电量几乎与新电池一样长;而传统的锂离子电池往往只能持续近 20% 的时间。这种冷凝气体电池也没有产生枝晶。《科学》杂志今年早些时候发表了这些发现。
如果标准锂离子电池被刺破——并且分隔电极的隔膜被刺穿——电极可能会接触并短路。这会导致电池在其活性锂电解质存在的情况下过热,并可能着火(外部氧气的进入会加剧这种情况)。但是,氟甲烷仅在压力下液化,因此,如果新电池被刺破,压力会释放,液体会恢复为气体,气体可以逸出,《科学》论文的主要作者鲁斯托吉解释说。因此,他说,“没有电解质来产生离子运动的涌入”,因此不会发生火灾。
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鲁斯托吉说,这种电池在低至零下 60 摄氏度的温度下也能良好运行,这与标准锂离子电池不同,因此它们可以为高空无人机和远程航天器中的仪器供电。
麻省理工学院材料化学教授唐纳德·萨多维(Donald Sadoway)没有参与这项研究,他说这个新概念“让我们对一类尚未被充分研究的液体开了眼界”。但是,他补充说,研究人员需要确保过热不会导致电池的液化气体迅速膨胀,并导致危险的压力升高。