美国研发防止锂电池发热爆炸新技术 且提升充电速度

汽车和手机电池经常发热，有时还会起火。在大多数情况下，此类事件背后的罪魁祸首可以追溯到锂电池。尽管锂电池可以持续提供电流并保持设备供电，但它们也会经常内部短路，导致设备发热。

据外媒报道，美国得克萨斯农工大学的研究人员发明了一种可以防止锂电池发热和故障的技术。他们为电池的导电板或阳极设计了碳纳米管，可以安全地储存大量锂离子，从而降低点火风险。此外，研究人员还表示，与目前市场上的电池相比，这种新型阳极结构的锂电池充电速度更快。材料科学系的研究生Juran Noh说， “我们为锂电池设计了下一代阳极，它可以持续产生高电流，也可以使设备充电更快。此外，这种新结构可以防止锂在阳极外积聚，因为随着时间的推移，积聚的锂会导致电池极部件之间的意外接触，这也是电池的主要原因之一爆炸时，带电粒子将在电池的两极之间移动。锂原子释放的电子将从电池的一侧移动到另一侧。当电池处于充电状态时，锂离子和电子将恢复到原来的极性。因此，阳极的财产对电池的财产起着决定性的作用。常用的阳极材料是石墨，其中锂离子插入石墨层之间。然而，Noh表示，这种设计限制了阳极可以储存的锂离子的数量，甚至需要更多的能量才能在充电过程中将离子从石墨中拉出。这种类型的电池有一个更危险的问题。有时，锂离子不会均匀地沉积在阳极上。相反，它们会聚集在阳极表面，形成树枝状的树状结构。随着时间的推移，枝晶会生长并最终刺穿分离电池极的材料，导致电池短路，并可能导致设备起火。生长的枝晶也会影响电池的性能，因为它们消耗锂离子，阻止它们产生电流。Noh表示，另一种阳极设计将使用纯锂金属代替石墨。与石墨阳极相比，每单位金属锂阳极的能量密度要高得多。然而，由于枝晶的形成，它们也会以同样的方式导致电池失效。为了解决这个问题，研究人员设计了由高导电轻质材料——碳纳米管——制成的阳极。这些碳纳米管支架包含允许锂离子进入的空间或孔隙。然而，这样的结构不能顺利地与锂离子结合。因此，研究人员创造了两种表面化学财产略有不同的碳纳米管阳极，一种具有大量可与锂离子结合的分子基团，另一种具有相同的分子基群，但数量相对较少。研究人员用这种阳极制造电池，以测试它们是否有形成枝晶的倾向。不出所料，研究人员发现，仅由碳纳米管制成的支架不能很好地与锂离子结合。因此，尽管几乎没有形成枝晶，但电池产生大电流的能力也受到了影响。另一方面，具有过多分子基团的支架可以形成许多枝晶，从而缩短电池的寿命。然而，具有适当数量的分子基团的碳纳米管阳极可以防止枝晶的形成。此外，大量的锂离子可以沿着支撑体的表面扩散结合和扩散，从而增强了电池连续产生大电流的能力。研究人员表示，这种阳极的电流处理能力是商用锂电池的五倍。此外，这种能力对于快速为大型电池充电非常有用，例如电动汽车中使用的电池。

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