新型增稠电解质护航锂电池安全

电动车辆中常用的电池类型之一是锂离子电池。然而，对车辆的碰撞或其他冲击会导致锂离子电池着火或爆炸，从而导致电极短路。由于“失控的热量”，小火可以蔓延到整个电池和车辆的其他部分。美国阿克伦大学高分子科学副教授朱钰博士表示，“尽管在电池热管理方面做了很大努力，但最近电动汽车电池起火爆炸的事故还是引起了公众的极大关注。在大多数情况下，电池只有在受到外部震动或冲击等异常情况时才会着火。”朱钰博士和他的团队合作，通过创造一种“剪切增稠”电解质(一种在冲击下可以变得更厚的物质)来提高锂离子电池的安全性。电解液放在正极和负极之间，使正极和负极能够承受冲击，这样在任何碰撞事故中，电池都不会着火或爆炸。在正常情况下，新的电解质将保持柔软。朱钰博士说:“在电动汽车中，锂离子电池的正负电极被一层非常柔软的薄膜和液体电解质隔开。仅用固体电解质代替液体电解质仍然是一项具有挑战性的任务，因为这两种电解质都是多孔结构，需要液体来填充孔隙。因此，在正常情况下，我们仍然使用类似液体的电解质，但在冲击条件下，液体电解质可以增强我们自身的机械强度，因此，我们开发了一种剪切增稠电解质。“你可以把这种电解质想象成水和面粉的混合物。当你用手慢慢搅拌面粉和水时，会感觉到轻微的阻力。但是，如果你加快搅拌速度，你会明显感觉到很大的阻力。事实上，保龄球可以在水和面粉形成的表面上反弹，当受到冲击时，表现得像固体一样。具有这种性质的液体称为膨胀剂，是非牛顿流体。如果电解液也是膨胀剂，它可以防止电池受到外部冲击时发生短路。然而，制作剪切增稠的电解质比混合面粉和水要困难得多，因为电解质的成分复杂，包含不同的离子、溶剂和各种添加剂。朱说，在一项初步研究中，我们展示了一种改性的低成本玻璃纤维，能够生产剪切增稠的电解质，与商用锂离子电池兼容，并表现出优异的抗冲击性能。与传统的液体电解质相比，这种剪切增稠的电解质不会显著降低锂离子电池的性能。在受到冲击时，电解质会立即变成固体，由于剪切增稠效应，会产生更大的力来抵抗外部冲击。这种解决方案可以用作电池组外部热管理系统的补充解决方案，因为电池组的外部热管理系统通常不能应对对电池的突然外部冲击。此外，朱说，这项研究不仅可以提高锂离子电池的安全性，特别是在电动汽车上使用的锂离子电池，还可以用于其他目的，如防弹储能装置。

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