美國將電池集電器重量減輕80% 可延長電動汽車續航降低起火風險
時間:2020-11-18 09:53來源:蓋世汽車 作者:余秋云
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（圖片來源：斯坦福大學）
據外媒報道，美國斯坦福大學（Stanford University）的科學家與能源部SLAC國家加速器實驗室（SLAC National Accelerator Laboratory）重新設計了最重的電池組件——集電器（銅片或鋁箔），并將其重量減少了80%，還能夠立即熄滅起火事件，因而可以讓鋰離子電池變得更輕、更安全、更高效。
研究人員表示，如果采用該項技術，就可以實現電池研究的兩個主要目標：延長電動汽車的續航里程以及降低筆記本電腦、手機和其他設備起火的風險。當電池以超高速充電時，這一點尤其重要，因為充電速度快會導致各種電池損壞問題，甚至引發火災。
無論是圓柱形電池還是電池包，鋰離子電池都有兩個集電器，每個電極一個，會分布流入或流出電極的電流。在一些大功率或超薄電池中，此類集電器的重量占到15%至50%。減少電池的重量一方面可以讓設備更輕，減少電動汽車的重量；此外還能夠在特定重量內存儲更多的能量，讓電子設備和電動汽車都可以具備更長的續航時間。減少電池的重量以及易燃性也可以降低運輸回收電池的成本，對電池回收也會有很大的影響。
電池行業的研究人員一直試圖降低集電器的重量，讓此類集電器更薄，或有更多孔，但是嘗試結果總會出現不必要的副作用，如讓電池更加脆弱或化學性能不穩定，或需要更多的電解液，這會提高成本。
在談到安全問題時，研究人員表示：“人們也嘗試在電池電解液中添加阻燃劑，因為電解液也是易燃部分，但是不能添加太多，否則電解液會變得粘稠，不再能很好地傳導離子。”
研究人員們對這個問題進行了頭腦風暴之后，就設計了一個實驗，以聚酰亞胺輕質聚合物為基礎，制造和測試集電器，因為聚酰亞胺可以防火，并能承受因快速充電產生的高溫。此外，一種稱為磷酸三苯脂（TPP）的阻燃劑也被嵌入到聚合物中，然后在聚合物的兩面都涂上一層超薄的銅。銅不僅能夠完成電流分配的工作，還能夠保護聚合物及阻燃劑。
（圖片來源：斯坦福大學）
與現有的集電器相比，新設計的集電器的重量減輕了80%，能夠將各種類型電池的能量密度增加16%至26%。此外，其傳導電流的性能也與普通的集電器一樣，且不會退化。
暴露在明火下實驗（圖片來源：斯坦福大學）
當用如今的商用集電器做成的電池包被暴露在明火下時，其會著火并劇烈燃料，直到電解質全部燃燒殆盡。不過，在配備了新型阻燃劑集電器的電池中，火不會真正地燃燒起來，產生的火焰非常微弱，幾秒鐘內就會熄滅，即使試圖重新點燃時，也沒有再次燃燒起來。
研究人員表示，該技術的最大優點之一是新型集電器制造簡單，而且更便宜，因為只需要用一種便宜的聚合物取代部分銅。因此，還可以實現規模化商業生產。目前，斯坦福大學已經為該項技術申請了專利。
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