據(jù)外媒報(bào)道，美國(guó)約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室(Johns Hopkins Applied Physics Laboratory)的一組研究人員設(shè)計(jì)了一種柔性鋰離子電池，即使在被切割、被浸沒、被模擬彈道撞擊等極端條件下，該電池都可正常工作，而且現(xiàn)在，該電池還不會(huì)著火。
(圖片來源：約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室)
目前的鋰電池電池都由易燃和可燃材料制成，很容易發(fā)生災(zāi)難性的火災(zāi)和爆炸事件，其中大多數(shù)是沒有任何可辨別的警告就突然發(fā)生了。由于具備危險(xiǎn)性，三星Galaxy Note7手機(jī)就被禁止在飛機(jī)上使用，海軍也禁止在船上和潛艇上使用電子煙，以減輕此類易燃設(shè)備的危險(xiǎn)性。
而隨著此類電池已經(jīng)逐漸成為便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車和電網(wǎng)存儲(chǔ)等應(yīng)用的首選儲(chǔ)能工具，因而能夠提升其安全性將標(biāo)志著鋰離子電池生產(chǎn)和使用方式的重大轉(zhuǎn)變。
最近，在《化學(xué)通訊》雜志上，由APL研究和探索開發(fā)部的Konstantinos Gerasopoulos領(lǐng)導(dǎo)的研究小組公布了發(fā)現(xiàn)：一種新型water-in-salt(WiS)和water-in-bisalt(WiBS)電解質(zhì)，當(dāng)與聚合物基質(zhì)合并，可以減少水的活動(dòng)，提高電池的能量，延長(zhǎng)其生命周期，同時(shí)消除目前鋰離子電池中易燃、有毒、高活性的溶劑。研究人員表示，該種電解質(zhì)是一種安全、強(qiáng)大的替代品。
APL高級(jí)研究科學(xué)家兼首席研究員Gerasopoulos表示：“從手機(jī)到汽車，鋰離子電池已經(jīng)成為日常生活中的常見品，繼續(xù)提高其安全性對(duì)進(jìn)一步促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。自20世紀(jì)90年代初期，鋰離子電池實(shí)現(xiàn)商業(yè)化以來，其形狀因數(shù)都沒有發(fā)生太大的變化，我們還是采用相同的圓柱形或菱形電池芯，其中的液體電解質(zhì)和所需的密封包裝與此種形狀有莫大的關(guān)系。”
“我們研究小組致力于采用一種安全性和形狀因數(shù)都得到改進(jìn)的聚合物替代易燃的液體電解質(zhì)，而且最近的論文表示，基于水的柔性聚合物鋰離子電池可以在露天環(huán)境下制造和操作，而且其可用性和性能都得到了改善。”
在新研究中，團(tuán)隊(duì)克服了液態(tài)WiBS電解質(zhì)的限制。由于存在水，液態(tài)WiBS電解質(zhì)本質(zhì)上是安全的，但是其能量有限，與大多數(shù)商用陽極材料無法兼容。研究人員研發(fā)了“穩(wěn)定的、基于WiBS的水性凝膠聚合物電解質(zhì)(GPEs)。在WiBS存在的情況下，研究人員通過UV介導(dǎo)，聚合水溶性丙烯酸酯從而制成此種電解質(zhì)。”
科學(xué)家們證明，UV固化工藝以及在聚合物中集成WiBS可改善游離水的滯留性，而滯留性將由該聚合物負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)，從而可以提升其電化學(xué)穩(wěn)定性。研究人員表示：“我們首次證明，目前市場(chǎng)上廣泛使用的低成本陽極納米級(jí)鈦酸鋰(Li4Ti5O12，LTO)可用于水性聚合物鋰離子電池，而且能夠可靠地循環(huán)100多次。”
2017年，研究人員曾研發(fā)出具突破性的柔性電池，此次研發(fā)的新型聚合物電解質(zhì)進(jìn)一步提升了此種電池的損傷容限。
Gerasopoulos表示：“第一代柔性電池在尺寸上不如我們現(xiàn)在制造的電池那樣穩(wěn)定。我們研發(fā)的UV固化聚合物是一種獨(dú)立、機(jī)械強(qiáng)度高的薄膜，類似于隱形眼鏡。此類電池就算完全暴露在空氣中，都可以連續(xù)工作幾天。而且可以燒、切割它們，或者以其他方式對(duì)它們施加壓力，它們也仍然可以工作。”
“我們成功提高了GPE的機(jī)械強(qiáng)度和電化學(xué)穩(wěn)定性，能夠?qū)⒋朔N新型過飽和水凝膠聚合物電解質(zhì)(GPE)從概念驗(yàn)證過渡至實(shí)際應(yīng)用。”
APL材料科學(xué)項(xiàng)目區(qū)域主管Jeff Maranchi表示：“我們的團(tuán)隊(duì)在不斷提高柔性鋰離子電池的安全性和性能，而且我們希望在一年內(nèi)能夠?qū)⒃撔卵芯哭D(zhuǎn)變成原型。”
