加州大學利用碳納米管網防止鋰電池著火

加州大學聖地牙哥分校的納米工程學院教授劉平和他的博士生馬修岡薩雷斯領導的研究人員開發了一種含有碳納米管網的新型隔膜，其能有效防止鋰電池在內部短路時迅速升溫而著火。據悉，該研究成果已發表在《先進材料》雜誌上。

眾所周知，鋰電池在長期反復充電後，陽極上會出現樹突的針狀結構。隨著時間的推移，當樹突生長得足夠長時，會穿透隔膜，在陽極和陰極之間架起一座橋樑，導致電池內部發生短路，從而使兩個電極之間的電子流動失去控制，從宏觀的角度來看，電池會過熱、失效、著火甚至爆炸。

對此，加州大學的研究團隊對電池隔膜進行了巧妙的調整，基本上能緩解這種現象。一面覆蓋著一層薄的、部分導電的碳納米管網，它可以攔截任何形成的樹突。當一個樹突刺穿隔膜並撞擊碳納米管網時，電子就有了一個通道，它們可以慢慢地排出，而不是一下子直接沖向陰極。

論文第一作者岡薩雷斯將新電池的分離器比作大壩上的洩洪道。他說：“當大壩開始潰決的時候，就會打開溢洪道，讓一些水以一種可控的方式流出來。這樣，當大壩真的決堤並外溢的時候，就沒有多少水可以引發洪水了。這就是我們的分離器的想法，大幅降低電荷的排出速度，防止電子“氾濫”到陰極。當樹突被分離器的導電層攔截時，電池就會開始自我放電，這樣當電池短路時，就沒有足夠的能量來產生危險了。”

在測試中，安裝了新分離器的鋰金屬電池在20到30次迴圈中顯示出逐漸失效的跡象。與此同時，電池與一個正常離器經歷突然故障在一個週期。

“在一個真實的用例場景中，你不會有任何關於電池即將失效的預先警告。前一秒可能還好，下一秒就會著火或完全短路。這是不可預測的，”岡薩雷斯說。“但有了我們的分離器，你就會提前得到警告，電池越來越差，越來越差，越來越差，每次充電都是如此。”

雖然這項研究的重點是鋰金屬電池，但研究人員說這種分離器也可以用於鋰離子和其他電池化學反應。

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