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电池去“火”新方法

时间:2020-06-29来源:新能源技术 作者:上海新能源点击:
电池的安全性是制约电动汽车普及的主要因素之一。为了提高电动汽车电池的安全性,5月12日,中国工业和信息化部组织了三项强制性国家标准,即GB 18384-2020 《电动汽车用动力蓄电池平安要求》、GB 30381-2020 《电动汽车平安要求》和GB 38032-2020 《电动客车

电池的安全性是制约电动汽车普及的主要因素之一。为了提高电动汽车电池的安全性,5月12日,中国工业和信息化部组织了三项强制性国家标准,即GB 18384-2020 《电动汽车用动力蓄电池平安要求》、GB 30381-2020 《电动汽车平安要求》和GB 38032-2020 《电动客车平安要求》,要求电池在失控后5分钟内不得着火或爆炸。与此同时,外国企业和科学家也在研究和努力生产用于电动汽车的“非点火”电池。

Ecovolta推出电动车电池安全新概念,可有效降低电池着火/爆炸的风险

(图像来源:Ecovolta)

瑞士电池制造商艾可沃塔公司正在为其锂离子电池引入一种新的安全理念,这种理念已被证明能降低电动车电池着火和爆炸的风险。公司采用电解镀镍冷轧带制成的电池连接器,当电流上升时,可以主动将故障电池部门与其他部门断开。

当电池组机械损坏时,一旦高电流流过损坏区域,该区域的温度将升高,最终可能导致爆炸和电池起火。相比之下,当Ecovolta的电池组受到机械损坏时,只有电池附近的局部温度会上升。然后,相邻区域将合并,这将分散损坏的电池和完整的电池组,电池组的其他部分仍能正常工作,从而大大降低了电池着火甚至爆炸的风险。

科学家开发了一种新型柔性锂离子电池,可以切割但不会着火

(原图:约翰霍普金斯大学应用物理实验室)

约翰霍普金斯应用物理实验室的一组研究人员设计了一种柔性锂离子电池,这种电池即使在被模拟弹道切割、浸泡和撞击等极端条件下也能正常工作,目前不会着火。

该研究小组发现了一种新型的盐包水(WiS)和双盐包水(WiBS)电解质,当与聚合物基质结合时,可以减少水的行为,增加电池的能量,延长其寿命周期,并消除目前锂离子电池中易燃、有毒和高活性的溶剂。研究人员暗示,这种电解质是一种安全而强大的替代品,可能会完全取代现有的电池电解质。

英国机构研究新的电池冷却技术,以降低电池着火的风险

智能电池冷却系统项目是由米材料公司、华威大学制造工程学院(WMG)和里卡多咨询公司联合发起的,旨在开发和演示一种新的电动汽车电池冷却技术。MIVOLT是一种可降解的冷却剂,由MI材料制成,用于测试浸没冷却电池组的概念。MIVOLT电介质液体是不导电的,并且可以直接与电池组接触,这可以使其成为电介质冷却剂并且直接从电池单元的外部带走热量。MIVOLT用于液体浸没式冷却,可从热源传导热量,无需二次间接冷却系统,从而提供更简单的热管解决方案。

这一创新有望提高功率输出和电池寿命,加快充电速度,降低成本,并有效解决里程焦虑问题。这不仅是电池冷却的问题,而且可以优化工作温度。

密歇根大学使用陶瓷电解质来促进锂金属电池的功能,防止电池着火

密歇根大学的研究人员为锂金属电池选择了陶瓷固体电解质,旨在解决电池短路和耐久性差的问题,或者为新一代可充电电池的发展指明方向。

为了解决锂金属的易燃问题,研究人员建造了一个陶瓷层,可以防止金属晶须的形成和潜在的电池短路,这可能导致电池着火。陶瓷层充分发挥了锂金属——的能量密度和高导电性两大优点,使用寿命长,不会出现电池着火或老化等问题。此外,新的锂金属电池技术不仅可以防火,还可以大大提高充电速度。

亚利桑那州立大学的研究人员想用陶瓷代替电解质来解决锂离子电池的短路和着火问题

亚利桑那州立大学(ASU)的专家提出,新能源公司使用陶瓷代替易燃电解液,因为大多数电池安全问题都是由短路引起的,如果电解液容易着火,也会引起连锁反应,如气体排放和材料退化。目前,大多数研究集中在用更稳定的固体材料代替电解质,并保持其高离子电导率,从而实现电池的不燃性。此外,挑战在于许多固体电解质是易碎的,因此该团队正在寻求将具有锂离子传导性的陶瓷纳米材料与聚合物结合,以获得梦幻固体电解质,并确保它们具有优异的机械功能、高锂离子传导性和优异的安全性。

瑞士为全固态钠电池开发新材料,以避免火灾风险

瑞士联邦材料科学与技术实验室(EMPA)和瑞士日内瓦大学(UNIGE)的研究人员设计了一种新的全固态电池样品,它可以储存更多的电能,具有高度的安全性和可靠性。

新电池采用固体电解质。为了防止树枝晶的形成(可能导致短路甚至起火),采用金属阳极,提高了储能功能,保证了电池的安全。为了找到合适的固体离子导体,使钠离子可以在两个电极之间移动,以实现充电和放电,研究人员还开发了一种硼基物质——Na2(B12H12)0.5(B10H10)0.5,这是一种封闭型硼,使钠离子可以自由流动。此外,由于该物质是无机导体,因此可以避免充电着火的风险。

美国大学为锂金属电池创造了一个“溢洪道”。当电池短路时,它不会着火或爆炸

(原图:加州大学圣地亚哥分校)

加州大学圣地亚哥分校的纳米技术工程师开发了一种安全功能,可以防止锂金属电池在短路时迅速升温并着火。该团队巧妙地调整了电池的“屏障”(电池阴极和阳极之间的屏障),当电池短路时,这可能会减缓储存在电池中的能量(即热量)的流动。

屏障的一侧覆盖着一层薄的碳纳米管网,碳纳米管网可以导电,这可能会阻止树枝状晶体的形成(锂金属电池频繁充电后,一种称为树枝状晶体的针状布局会在阳极上生长,导致电池失效)。当一个枝晶突破障碍并击中网时,有一个通道让电子缓慢放电,而不是在一段时间内直接流向阴极,从而防止电子“泛滥”到阴极。当枝晶被隔离的导电层阻挡时,电池将开始自行放电。因此,当电池真的短路时,没有足够的能量来激发危险的环境,这最终可以减轻电池短路的影响。

伊利诺伊大学的研究人员用石墨烯包裹锂电池的阴极,以防止电池着火

美国伊利诺伊大学芝加哥工程学院的研究人员发布了一份意见书,指出当锂离子电池着火时,石墨烯可能会吸收氧气,从而降低火灾风险。

锂电池着火的原因在于电池的快速循环或充放电以及储存在电池中的高温。上述环境将导致电池内部的阴极(在大多数情况下,阴极是含锂的氧化物,通常是锂钴氧化物)分化并释放氧气。电解液会在高温下区分和释放易燃物质。如果氧气与这种易燃材料相连,就会发生自燃。研究人员知道氧原子不能从石墨烯片中渗出。此外,石墨烯具有高强度、良好的柔韧性和导电性。他们认为,如果石墨烯被用来包裹锂电池负极钴酸锂的小颗粒,它可能会阻止氧气逸出。因此,研究人员将涂有石墨烯的颗粒与粘合材料连接起来,形成阴极,并将其整合到锂金属电池中。最后,当研究人员测量电池周期中的氧气释放时,他们发现即使在非常高的电压下,几乎没有氧气从阴极逸出。即使经过200次充放电循环,锂金属电池的显示仍然非常好。

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