近期传出电动车厂为避免电池起火意外,从各州召回自家电动车,类似事件让愈来愈多人注意到电池的安全重要性。不过这其实也是科学家亟欲缓解的电池风险之一,有些团队从电极着手、有些是研发防火的固态电解质,最近美国科学家也研发有成,不仅有机会解决起火风险,还一并降低电池重量。
不管是方形的锂离子电池、还是圆型的锂离子电池,其组成都包括阳极、阴极、隔离膜、电解质和两个集电体(Current Collectors),阳极和阴极分别储存锂,电解质则是负责将带正电的锂离子从阳极输送到阴极。集电体则是阴阳两极各一个,电流要进出电极就要通过集电体,研究者出,集电体的重量约为大功率或超薄电池的 15% 到 50%,如果可以减轻集电体的重量,自然就能让电池与电动车“一身轻”。
对于提高电池安全性,史丹佛大学与美国能源部 SLAC 国家加速器实验室则是从集电体着手,他们透过防火与耐高温的聚酰亚胺聚合物制做出全新的集电器,其中也添加了阻燃剂磷酸三苯酯(TPhP),外层则是涂上一层铜,当作保护层以及导电用。
博士后研究员 Yusheng Ye 指出,虽然现在也有科学家在电池电解质中添加阻燃剂,但若添加过多也会降低锂离子传递效率。目前这个研究结果也符合期待,像是集电体的重量降低 80%,意味这能量密度增加 16~26%,电流传递的效率也没有变低。
其防火效果也是优于一般的电池,若用打火机放火,商用软包电池立刻燃烧、直到电解质燃烧殆尽才熄灭,而改用新的集电体后,虽然还有小小火苗,但还是很快就熄灭了,就算想再放一把火也烧不起来。
研究团队指出,新的集电体容易制造,而且也具有便宜优势,毕竟新型设计是采用低成本聚合物与铜金属,商业规模制造应该非常可行应该易于制造,目前团队已经透过史丹佛大学申请专利,与进一步与电池制造商商讨可行性。
- A new approach boosts lithium-ion battery efficiency and puts out fires, too
(首图来源:SLAC)