鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1039次 | 2018年11月25日
用“太空潤(rùn)滑劑”能解決鋰電池易燃特性嗎?
那些不看好電動(dòng)汽車的人,常為其冠以“移動(dòng)炸彈”這樣的稱號(hào)。的確,電動(dòng)汽車搭載的動(dòng)力電池大多都是鋰離子電池,其熱穩(wěn)定性較差,如果沒有良好的電控系統(tǒng),那將成為道路上極大的安全隱患。除了電動(dòng)汽車以外,消費(fèi)電子產(chǎn)品所使用的鋰電池同樣有易燃特性,雖然出廠前已經(jīng)過安全檢測(cè),但諸如手機(jī)電池爆炸之類的新聞還是經(jīng)常見諸報(bào)端。
近日,來自美國(guó)北卡羅來納大學(xué)教堂山分校(UNCChapelHill)的研究人員,在試驗(yàn)一種叫做全氟聚醚(Perfluoropolyether)的聚合物時(shí),發(fā)現(xiàn)該物質(zhì)能夠與鋰鹽溶解,這意味著可以在電池中實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電的特性。研究人員DominicaWong解釋:“大多數(shù)的聚合物不會(huì)與鹽類溶解,但這種物質(zhì)可以?!弊铌P(guān)鍵的是,它沒有易燃性。
全氟聚醚,簡(jiǎn)稱PFPE,是一種常溫下呈液體的聚合物,幾十年來都被用作太空機(jī)械元件的潤(rùn)滑劑,具有極好的熱、氧化穩(wěn)定性。為什么說PEPE聚合物能夠大大提高鋰電池的熱穩(wěn)定性呢?這得先來簡(jiǎn)單了解下鋰電池的放電原理,即鋰離子從負(fù)極移向正極。然而手機(jī)、筆記本以及電動(dòng)汽車上的電池除了放電還要進(jìn)行充電,所以還需要電解質(zhì)才行。在鋰電池中,電解質(zhì)一般都是富離子的聚酸二乙酯(DMC)。
鋰電池之所以不穩(wěn)定,原因就在于DMC,這種物質(zhì)即便在常溫下也易燃。研究小組的負(fù)責(zé)人JosephDeSimone直接表示:“它們(DMC)就是汽油的近親?!彼?,電動(dòng)汽車在遭受撞擊時(shí),即便起火點(diǎn)不在電池,那么電池也很容易被引燃,從而讓整臺(tái)車成為一個(gè)“反應(yīng)堆”。所以,如果能讓PFPE代替DMC成為電解質(zhì),理論上電池的穩(wěn)定性會(huì)大大提高。事實(shí)上,DeSimone的團(tuán)隊(duì)確實(shí)做到了。他們把PEPE與DMC進(jìn)行了融合,共同作為鋰電池的電解質(zhì),發(fā)現(xiàn)不僅電池的熱穩(wěn)定性大大提高,同時(shí)導(dǎo)電效率也大大提升。
例如,TeslaModelS所采用的18650電池的離子遷移數(shù)一般為0.2,而以PFPE做電解質(zhì)的電池在這個(gè)指標(biāo)上則可以達(dá)到0.91。簡(jiǎn)單說明下這其中的道理:離子遷移數(shù)是衡量電解質(zhì)性能的參數(shù)之一,該數(shù)值越接近1.0,說明鋰電池的比能量和比功率越高。總之,0.91對(duì)比0.2,說明PEPE做電解質(zhì)的鋰電池在導(dǎo)電效率上是近乎完美的。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
DeSimone還特意拿鋰-空氣電池來說明問題。作為鋰離子電池中能量密度最高的一種電池,鋰-空氣電池有一個(gè)瑕疵就是普通電解質(zhì)與氧氣并不兼容,而PFPE很有可能幫助解決這一問題。這樣一來,能量密度與汽油同一水平的鋰-空氣電池離它的實(shí)用化將更進(jìn)一步。關(guān)于這種電池的技術(shù)原理,讀者可以參照我們之前的一篇文章(點(diǎn)擊文末左下角閱讀原文)。
那么PFPE電解質(zhì)的電池在熱穩(wěn)定性上究竟有怎樣的表現(xiàn)呢?研究人員對(duì)其進(jìn)行的測(cè)試表明:這種電池能夠承受-90℃至200℃的溫度區(qū)間。對(duì)于電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池來說,這樣的表現(xiàn)綽綽有余。而一般的鋰離子電池的溫度承受范圍是-20℃至60℃,并且隨著溫度過低、過高,其導(dǎo)電能力會(huì)大打折扣。
雖然離商用還有很長(zhǎng)一段距離,但PFPE電解質(zhì)電池至少向我們證明了一點(diǎn):電動(dòng)汽車的電池?zé)岱€(wěn)定性和導(dǎo)電性能,是可以完全可以找到解決方案的。
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