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灭火电池：可自熄灭的新技术让电池更安全
研究人员创造了一种可自熄灭的可充电电池，用灭火器材料代替易燃电解液，通过实验证明有效防爆防热失控，有望提高电池安全性。
一项最新研究设计了一种可自熄灭的可充电电池。传统锂离子电池使用的电解液易燃，该研究用商用灭火器中的材料替代了这种高危成分。
电解液在锂离子电池中允许携带电荷的锂离子在正负极之间移动。研究人员通过改良商用冷却剂使其能作为电池电解液，创造出一种能自动灭火的电池。
这种新型电解液在宽广的温度范围内(零下75度到80度)表现良好。实验室制造的可自熄灭电池不仅能有效散热，还能扑灭内部火灾。
研究人员还用钉穿刺实验测试了电池安全性。该实验模拟内部短路，若电池起火则测试失败。结果显示，钉穿刺后，可自熄灭电池没有起火。
当锂离子电池向设备提供能量时，锂离子-携带电荷的原子-从阳极移动到阴极。离子在充电时反向移动。
意义何在
电池在充放电过程中，温度会因内部阻抗而变化。外部高温或电池组内温度不均都会严重威胁电池安全和寿命。
广泛应用于电子产品和电动汽车的锂离子电池，其电解液主要由高度易燃的有机分子组成。这增加了热失控的风险，即电池内部多余热量加速不必要的化学反应，从而释放更多热量，引发进一步反应。几秒钟内，电池内部温度能上升数百度，引发火灾或爆炸。
另一个安全问题是锂离子电池充电过快。这会导致化学反应在电池负极上生成锋利的锂针状枝晶。最终，枝晶会刺穿隔膜，接触到另一个电极，导致内部短路和过热。
作为能源生成、储存和转换领域的科学家，我们致力于开发高能量密度和安全的电池。用阻燃电解液替代易燃电解液，有望提高锂离子电池安全性，并为进一步减少过热和热失控风险提供缓冲时间。
研究方法
我们的目标是开发一种不燃、易于散热、适用宽温范围、非常耐用且与任何电池化学成分兼容的电解液。然而，大多数已知的非易燃有机溶剂都含有氟和磷，它们价格昂贵且对环境有害。
取而代之，我们致力于改造商用冷却剂，使其适用于电池电解液。这些冷却剂广泛用于灭火器、电子测试和清洁应用，成熟、安全且价格实惠。
我们选择了名为 Novec 7300 的成熟、安全和实惠的商用液体，它具有低毒性、不燃性且不会破坏臭氧层。我们将这种液体与其他几种增加耐久性的化学品结合起来，创造了一种符合我们需求的电解液，使电池能够在一整年内充放电而不丧失大量容量。
未知领域
地球地壳中锂含量稀少，因此研究使用其他更丰富的碱金属离子(如钾或钠)的电池性能至关重要。出于这个原因，我们的研究主要关注可自熄灭的钾离子电池，但也证明了该电解液适用于制造可自熄灭的锂离子电池。
目前尚不清楚这种电解液是否能同样适用于其他正在开发的电池类型，例如钠离子、铝离子和锌离子电池。我们的目标是开发实用、环保、可持续的电池，无论其离子类型如何。
不过，由于替代电解液的物理特性与目前使用的电解液相似，因此它可以很容易地与当前的电池生产线集成。如果行业能接受这项技术，我们期望公司能够利用现有的锂离子电池设施生产不燃电池。
本文译自 theconversation，由 BALI 编辑发布。