教授負(fù)責(zé)提高鋰離子電池的安全性

作為電動(dòng)汽車的前沿，它們?nèi)匀蝗菀资艿街旅觞c(diǎn)的影響 - 這是給予動(dòng)力的源頭。

在電動(dòng)車輛，鋰離子電池或鋰離子電池中使用的常見類型的電池之一易于由于碰撞或施加在車輛上的其他主要沖擊而著火或爆炸。這種影響會(huì)導(dǎo)致電極內(nèi)部短路。小火可以通過“熱失控”擴(kuò)散到整個(gè)電池和汽車的其他部分。

“雖然已經(jīng)對(duì)電池的熱管理做出了重大努力，但近期電動(dòng)車事故中的電池火災(zāi)和爆炸引起了公眾的極大關(guān)注，”大學(xué)高分子科學(xué)副教授于竺博士說。阿克倫(UA)。“在大多數(shù)情況下，電池在正常使用情況下不會(huì)被點(diǎn)燃，例如通過大的外部沖擊或撞擊。”

朱和他在UA高分子科學(xué)與高分子工程學(xué)院的研究生團(tuán)隊(duì)正致力于通過制造剪切增稠電解質(zhì)來提高鋰離子電池的安全性- 這種電解質(zhì)在電池的陽極和陽極之間會(huì)在沖擊下變厚。陰極將具有抗沖擊性，因此在發(fā)生碰撞時(shí)不會(huì)引起火災(zāi)或爆炸。在正常條件下，新型電解質(zhì)保持柔軟。

該小組的研究由朱博士領(lǐng)導(dǎo)。學(xué)生Kewei Liu最近在“電源雜志”上發(fā)表文章：“用于安全鋰離子電池的剪切增稠液抗沖擊電解液”。

“在用于電動(dòng)汽車的鋰離子電池中，陰極和陽極被非常軟的膜和液體電解質(zhì)隔開，”朱說。“簡單地用固體對(duì)應(yīng)物替換液體電解質(zhì)仍然是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，因?yàn)閮蓚€(gè)電極都是多孔的，它們需要液體來填充毛孔并接觸。我們的想法是你仍然可以在正常情況下使用液體狀電解質(zhì)，但是這種液體可以在沖擊下提高自身的機(jī)械強(qiáng)度。因此，我們開發(fā)了一種剪切增稠電解液。“

可以把它想象成淀粉和水的混合物。你可以把手伸進(jìn)去，慢慢攪拌淀粉和水，同時(shí)感覺抵抗力很小。但是，如果你提高攪拌速度，你將會(huì)大大感受到更大的阻力。實(shí)際上，保齡球可以從玉米淀粉和水混合物的表面反彈，在沖擊過程中表現(xiàn)得像固體。

具有這種性質(zhì)的液體稱為膨脹劑，一種非牛頓流體。如果電解質(zhì)也是膨脹劑，它將防止電池在外部沖擊下短路。然而，形成剪切增稠電解質(zhì)比混合玉米淀粉和水困難得多，因?yàn)殡娊赓|(zhì)的組成復(fù)雜，由不同的離子，溶劑和各種添加劑組成。

“在我們的初步研究中，”朱說，“我們證明了改性的低成本玻璃纖維填料可以生產(chǎn)我們正在尋找的剪切增稠電解質(zhì)，這與商用鋰離子電池兼容并且顯示出改善的抗沖擊性。 “

來自朱氏集團(tuán)的視頻展示了不同速度的子彈影響常規(guī)液體電解質(zhì)和剪切增稠電解質(zhì)。剪切增稠電解質(zhì)吸收了動(dòng)能并顯著減慢了移動(dòng)的子彈。

“與傳統(tǒng)的液體電解質(zhì)相比，剪切增稠電解質(zhì)不會(huì)顯著降低鋰離子電池的性能，”朱說。“在沖擊過程中，剪切增稠電解質(zhì)會(huì)立即表現(xiàn)得像固體一樣，并且由于剪切增稠效應(yīng)而產(chǎn)生更大的力來抵抗外部沖擊。這種解決方案是對(duì)電池組外部熱管理系統(tǒng)的補(bǔ)充，這通常不足為了應(yīng)對(duì)突然的影響“

朱說，改進(jìn)鋰離子電池的研究相對(duì)較新，特別是用于電動(dòng)汽車。他補(bǔ)充說，剪切增稠電解質(zhì)可以有其他利基用途，例如防彈儲(chǔ)能裝置。