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美國密西根大學(xué)(University of Michigan)的研究人員利用從克維拉(Kevlar)擷取的奈米纖維,開發(fā)出用于鋰離子電池電極之間的隔離層,能夠有效防止類似波音(Boeing) 787夢幻客機(jī)先前發(fā)生的起火爆炸意外。Kevlar是防彈背心中常用的材料,如今可被用來開發(fā)抑制金屬卷須生長的隔離層——這種金屬卷須可能成為鋰電池中不利于電流路徑以及導(dǎo)致失控起火的來源

2015-02-05 14:20:59 · EET電子工程專輯網(wǎng) 閱讀:376
美國密西根大學(xué)(University of Michigan)的研究人員利用從克維拉(Kevlar)擷取的奈米纖維,開發(fā)出用于鋰離子電池電極之間的隔離層,能夠有效防止類似波音(Boeing) 787夢幻客機(jī)先前發(fā)生的起火爆炸意外。Kevlar是防彈背心中常用的材料,如今可被用來開發(fā)抑制金屬卷須生長的隔離層——這種金屬卷須可能成為鋰電池中不利于電流路徑以及導(dǎo)致失控起火的來源

美國密西根大學(xué)(University of Michigan)的研究人員利用從克維拉(Kevlar)擷取的奈米纖維,開發(fā)出用于鋰離子電池電極之間的隔離層,能夠有效防止類似波音(Boeing) 787夢幻客機(jī)先前發(fā)生的起火爆炸意外。

Kevlar是防彈背心中常用的材料,如今可被用來開發(fā)抑制金屬卷須生長的隔離層——這種金屬卷須可能成為鋰電池中不利于電流路徑以及導(dǎo)致失控起火的來源。

密西根大學(xué)的研究團(tuán)隊還在密執(zhí)安州的Ann Arbor市成立了Elegus Technologies,期望將研究成果從實驗室推向市場,并預(yù)計在2016年第四季展開大量生產(chǎn)。

“與碳奈米管等其他超堅固的材料不同的是,Kevlar是一種絕緣體,”密西根大學(xué)Joseph B. and Florence V. Cejka工程學(xué)教授Nicholas Kotov解釋,“這項特性非常適合用于打造防止電池兩極之間發(fā)生短路所需的隔離層。”

鋰離子電池的作業(yè)原理是在兩極之間來回傳遞鋰離子,從而形成電荷不平衡,而由于電子無法通過兩極之間的薄膜,改由通過電路而起作用。但是,如果薄膜上的孔洞太大,鋰原子會自動聚集形成樹狀晶,最終戳穿薄膜。一旦穿透薄膜達(dá)到另一端電極,鋰原子將會在電池中形成電路,導(dǎo)致電池短路。這就是一般認(rèn)為導(dǎo)致波音787電池起火爆炸的原因。

“蕨形的樹狀晶由于具有奈米級尖刺,特別難以隔離阻擋,”在Kotov研究團(tuán)隊中的一名研究生、同時也是Elegus技術(shù)長Siu On Tung表示,“因此,更重要的是這些纖維必須形成比尖刺尺寸更小的孔隙。”

在其他薄膜上的孔隙寬度約有幾百奈米,或幾十萬分之一公分,然而,密西根大學(xué)所開發(fā)的薄膜孔隙約為15至20nm。這已足夠大到讓個別的鋰離子通過,但又夠小足以阻止20-50nm的蕨狀結(jié)構(gòu)通過。

研究人員們以緊密層迭纖維的方式制造薄膜。這種方法可使讓塑料中的鏈狀分子保持延展性,這對于實現(xiàn)電極之間的鋰離子導(dǎo)電率至關(guān)重要。

“這種材料的特點是可以做得非常薄,因而能夠在相同尺寸的電池中儲存更多能量,或者可以縮小電池尺寸,”經(jīng)由密西根大學(xué)創(chuàng)業(yè)家計劃協(xié)助成立Elegus的工程師Dan VanderLey表示,“我們看到許多人對于打造更輕薄的產(chǎn)品十分感興趣,”目前也已經(jīng)有30家公司期望取得這種材料的樣品了。

Kevlar的抗熱性高,其薄膜在起火后得以幸免的機(jī)率比目前使用的大部份薄膜更高,因而有助于實現(xiàn)更安全的電池。

雖然研究團(tuán)隊對于這種薄膜阻檔鋰離子樹狀晶生長的能力感到滿意,但他們目前正致力于尋找各種方法來改善鋰離子的流動,使電池能夠更快速的充電與放電。

這項主題為《A dendrite-suppressing solid ion conductor from ara nanofibers》的研究發(fā)表于最新一期的《自然通訊》(Nature Communications)期刊中。

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