盡管電動(dòng)汽車非常先進(jìn),但是其動(dòng)力來源是一個(gè)致命弱點(diǎn).電動(dòng)汽車中常用的電池類型之一便是鋰離子電池,但是因碰撞或是其他對汽車施加的沖擊會(huì)導(dǎo)致鋰離子電池起火或爆炸,沖擊會(huì)導(dǎo)致電極內(nèi)部短路,因“熱失控”,小火會(huì)蔓延至整個(gè)電池以及汽車的其他部分.

美國阿克倫大學(xué)高分子科學(xué)副教授YuZhu博士表示:“盡管大家在電池?zé)峁芾矸矫嬉呀?jīng)做出了很大的努力,但是最近電動(dòng)汽車電池起火和爆炸的事故還是讓公眾很擔(dān)憂.在大多數(shù)情況,電池只有受到外部沖擊或撞擊等不正常的情況下,才會(huì)著火.”

Zhu博士和其高分子科學(xué)和高分子工程學(xué)研究生團(tuán)隊(duì)合作,通過創(chuàng)造一個(gè)“剪切增稠”電解質(zhì)(一種能夠在沖擊下變得更加濃稠的物質(zhì)),以提升鋰離子電池的安全性.該電解質(zhì)放置在陽極和陰極之間,使陽極和陰極能夠抗擊沖擊,因而在任何碰撞事故下,都不會(huì)引起電池起火或爆炸.而在正常情況下,該新型電解質(zhì)會(huì)保持柔軟狀態(tài).

Zhu博士表示:“電動(dòng)汽車中鋰離子電池的陽極和陰極被一個(gè)非常柔軟的薄膜以及液體電解質(zhì)分離開,只將液體電解質(zhì)替換成固體電解質(zhì)仍是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù),因?yàn)榇藘煞N電解質(zhì)都是多孔結(jié)構(gòu),需要液體填充孔隙.因此,我們在正常情況下,仍使用類似液體的電解質(zhì),但是在沖擊情況下,該液體電解質(zhì)可以增強(qiáng)自己的機(jī)械強(qiáng)度,因此,我們研發(fā)出剪切增稠電解質(zhì).”

可以將該電解質(zhì)想象成水與面粉的混合物,當(dāng)用手慢慢攪拌面粉和水時(shí),會(huì)感受到一絲阻力.但是,如果加快攪拌速度,會(huì)明顯感覺到很大的阻力.事實(shí)上,保齡球可以在水與面粉形成的表面上反彈回來,水與面粉組成的表面在受到?jīng)_擊的情況下,表現(xiàn)猶如固體.

具有此種特性的液體稱為膨脹物,是一種非牛頓流體.如果電解質(zhì)也是一種膨脹物,則其可在電池受到外部沖擊時(shí),防止電池短路.但是,制成剪切增稠電解質(zhì)可比混合面粉和水要困難得多了,因?yàn)殡娊赓|(zhì)的成分很復(fù)雜,包含不同的離子、溶劑和各種添加劑.

Zhu表示:“在初步研究中,我們展示了一種改性低成本玻璃纖維,能夠生產(chǎn)剪切增稠電解質(zhì),而此類電解質(zhì)可與商用鋰離子電池兼容,表現(xiàn)出非常好的抗沖擊性能.與傳統(tǒng)的液體電解質(zhì)相比,此類剪切增稠電解質(zhì)不會(huì)顯著降低鋰離子電池的性能.在受到?jīng)_擊時(shí),該電解質(zhì)會(huì)立刻成為固體,并且會(huì)因剪切增稠效應(yīng),產(chǎn)生更大的力以對抗外部沖擊.該解決方案可作為電池組外部熱管理系統(tǒng)的補(bǔ)充方案,因?yàn)殡姵亟M外部熱管理系統(tǒng)往往無法應(yīng)對電池突然遭受外部沖擊的情況.”

此外,Zhu表示該研究非常新穎,可以提升鋰離子電池的安全性,特別是提升用于電動(dòng)汽車的鋰離子電池的安全性.而且,該剪切增稠電解質(zhì)還可用于其他用途,如用于防彈儲(chǔ)能設(shè)備.