美国研发防撞防火锂电池 遇外力刺激就会变硬

不管是笔记本电脑自燃、智能手机爆炸，这些3C意外仿佛都直指锂电池故障因素，让不少人开始担心自己的手机是不是暗藏爆炸风险。为减少大众疑虑，今朝已有许多科学家投入电池防爆技术，像是美国橡树岭国家试验室(ORNL)便打包票自家电池不会因为受到撞击而起火，相反地，其中的液态电解质会变硬、戒备电池变形爆炸。

锂电池为储能技术龙头，紧要由正极、负极、隔离膜与电解质构成，锂离子则透过电解质在电极两端游移，其中隔离膜紧要功能为隔绝正负极、戒备电池自放电及两极短路等问题，但只要受到冲击或是撞击，可能都会造成电池短路或是爆炸。

目前已有科学家提出诸如固态电解质等处理办法，但固态电池成本高、稳定性较低，厂商也得大大改变电池加工工艺，因此美国橡树岭国家试验室研发出一种既低成本又实用、受到撞击反而会变坚硬的电池。

该团队的灵感来自于儿童玩具“Oobleck”(欧不裂)，乍看之下它只是个装有玉米淀粉溶液的塑料玩具，但只要拍打或是撞击就会变硬。倘若想要在家进一步试验，也可以把玉米淀粉与水倒进水盆，平均搅拌之后就可以笔直站在“水面”上、甚至在上方跳动都不会沉入水中。

将粉末状二氧化硅(蓝色容器)添加到分离探测电池(金袋)内的电极的聚合物层(白色片)中将戒备锂电池发生火灾。(图自：GabrielVeith)

这种液体为非牛顿流体(non-Newtonianfluid)种类中的“剪切增稠流体”，正常状态下可保持液态，在受到冲击或受力时液体结构就改变，黏度、硬度与体积都会上升，可大大降低电池与电极变形的危险。

不过该团队当然不是在电池中添入玉米淀粉，他们在电解质加入二氧化硅来达到相近效果，研究负责人GabrielVeith表示，电池电解质受撞击时会凝固，能戒备电极在电池坠落与撞击中损坏，倘若电极无法相互接触，电池就不容易起火。且该技术的好处在于，厂商只要微调电池部分工艺即可。

传统电池工艺是在电池完工之后，再注入电解质并封装，但若是采用剪切增稠流体技术，电解质可能在注入途中就开始凝固了，因此研究首先将二氧化硅颗粒放入电池，之后再添加电解质。

Veith指出，研究采用直径约200纳米的二氧化硅粒子，倘若这些粒子尺寸相当，就可平均分布在电解质中;若粒子尺寸不一，电解质在电池受到撞击时就不会变得黏稠了。

为了让电池更加安全与实用，也有许多团队正如火如荼研发二氧化硅剪切增稠流体电池，但Veith认为团队新型二氧化硅颗粒不管是在制造容易程度，还是抗阻力、反应力等性能上都比以往的研究还要好。

将来该团队还会继续改善电池性能，希望电池在撞击受损之后还可维持运作，目前该技术首先会使用于无人机，最终目标是用于电动车。而团队也同时为美国士兵打造防弹电池，Veith表示，美国军人均匀日携带各8公斤重的电池与防弹衣，倘若可以让电池用于防弹，军人将可减少8公斤的负担。

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