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微警用
美科学家研发“防弹”锂电池
2015-02-03 10:16:56 来源 : 科学日报
中国国际警用装备网讯：据科学日报报道，美国密歇根大学发明的最新电池技术应该可以阻止例如2013年导致波音787梦想航班触地的大火。这一创新是锂离子电池电极之间更高级的隔离。利用从芳纶——防弹衣里的坚硬材料——中提取的纳米纤维制成的隔离抑制了金属卷须的生长，后者可能会变成电流不需要的通道。
这些来自密西根大学的研究人员也成立了总部位于美国密歇根州安阿伯市的Elegus Technologies科技公司，将这项研究从实验室推广至市场。预计将于2016年第四个季度开始大批量生产。
“与超强材料，如碳纳米管有所不同，芳纶是绝缘体。” 约瑟夫B.佛罗伦萨V. 塞加卡工程学教授尼古拉斯·克托弗(Nicholas Kotov)这样说道。“这一特性对于需要防止两极之间短路的隔板来说太完美了。” 克托弗是化学工程、生物医学工程、材料科学与工程以及高分子科学和工程教授。
锂离子电池的工作原理是将锂离子从一个电极运到另一个电极。这会产生电荷不平衡，由于电子无法穿过两极之间的膜，因此它们只能穿过回路。但是，如果膜的孔太大了，那么锂原子会自我堆积形成名为树突的羊齿状结构，后者最终会穿透膜。如果它们到达另一个电极，电子将在电池内形成一个通道，从而导致短路。据称这就是波音787电池着火最初的原因。
“想要阻止羊齿形状的形成非常难，因为它们有纳米级别的小尖端，” 克托弗实验室的研究生、Elegus首席科技官萧小东（Siu On Tung）这样说道。“这些纤维膜形成比尖端更小的孔是非常重要的。”
虽然其它膜的孔的宽度只有几百纳米，或者少数能达到10万分之一厘米，密歇根大学科研小组研发的芳纶纤维膜的孔只有15-20纳米宽。这样大小的孔足以让单个锂离子通过，但却又能阻挡羊齿状结构20-50纳米宽的尖端。研究人员通过将纤维彼此堆叠形成了这一特殊的芳纶纤维膜。这种方法保证了链条状的分子位于塑料的伸出部分，这对两极之间的良好锂离子导电性来说非常重要。
“这一材料的特殊特性在于我们可以把它变得非常薄，这样我们就能从相同大小的电池中获得更多能量，或者可以缩小电池大小。”工程师丹·范德莱（Dan VanderLey）这样说道，他通过密西根大学硕士企业家项目帮助成立了Elegus。“我们发现了很多人对生产更薄的产品具有浓厚的兴趣。”目前已经有三十家公司要求获得这一材料的样本。
芳纶的抗热性也将导致产生更安全的电池，因为新研发的芳纶纤维膜能够比大多数目前使用的膜更好的抵抗大火。虽然研究小组目前对这一膜阻挡锂树突的能力表示满意，但他们仍在寻找增强锂离子流动的方法，使得电池能够更快速的充电和释放能量。这项研究被发表在1月27日的期刊《自然通信》上。
这项研究主要得到了美国自然科学基金会旗下化学、生物工程、环境和运输系统及创新公司的资金支持，其它资助还来自海军研究办公室和空军科研办公室。
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