研究人员自然没有闲着,替换下易燃电解质、智能芯片的集成化,都是他们试图避免上述危险的方向。而美国斯坦福大学科学家的方案,则是让电池自带“灭火器”,升温到一定程度自动释放阻燃剂。
将阻燃能力集成到电池里,听起来似曾相识。研究人员的确尝试过一些方法,包括用先进的阻燃复合材料或结合陶瓷制成电池隔板;在阴极和阳极之间加聚合物的膜。不过这些努力眼下还有问题,往往以降低电池性能为代价,而且无法完全消除风险。
斯坦福大学科学家似乎找到更好的方法。他们设计的电池中有常用的阻燃剂磷酸三苯酯(TPP),外面包裹着用聚合物微纤维制成的外壳。
“这种核-壳结构的纤维起到分隔的作用,独特而有效,”该研究的第一作者刘凯(音)解释道。“而制备核-壳结构纤维的关键,则是静电纺丝技术。”
静电纺丝是一种制造技术,高分子流体经过静电雾化的特殊处理,此时雾化分出的聚合物不是微小液滴状,而是可以连续相当长距离的细微射流,并最终固化成纤维。这种方法已实验室试验成功,并用于生产能释放HIV药物的可溶解棉塞,以及通过消化系统之后才释放食品补充剂的胶囊。
本案中,当电池运行正常时,电纺微纤维的外壳包裹住TPP,避免其进入电池电解液而破坏后者的电化学性能。而如果温度达到160摄氏度,聚合物外壳就会熔化,将阻燃剂释放到电解液中,避免或中止燃烧过程。160摄氏度听上去似乎很热,但研究人员说这是适当的熔点,保证外壳能在电池燃烧的早期阶段或前一时刻熔化。
研究人员在纽扣电池上测试自己的设计,证实燃烧发生时TPP能迅速扑灭了火焰。他们认为这种热引发的阻燃剂装置也能用于较大的电池,当然需要通过测试确认它在尺寸较大时也能承受机械压力或过度充电。
研究成果发表在《科学进展》杂志上。研究者希望手机起火的一页能够翻过,成为过去的故事。稼正(图:Science Advances)