电池可以降低致命且代价高昂的电池火灾的风险

在一个 新发表的研究, ，我们描述了我们的自熄充电电池的设计。它用商用灭火器中的材料取代了最常用的高度易燃的电解质（由锂盐和有机溶剂组成的介质）。

电解质允许携带电荷的锂离子穿过锂离子电池正极和负极端子之间的隔膜。通过修改经济实惠的商业冷却剂作为电池电解质，我们能够生产出一种能够自熄的电池。

我们的电解液在很宽的温度范围内工作良好，从大约负 100 到 175 华氏度（负 75 到 80 摄氏度）。我们在实验室用这种电解液生产的电池可以很好地将热量从电池中转移出去，并有效地扑灭内部火灾。

我们对这些电池进行了钉刺测试，这是评估锂离子电池安全性的常用方法。驾驶一辆 不锈钢钉穿过充电电池 模拟内部短路；如果电池着火，则测试失败。当我们用钉子刺穿充电电池时，它们承受住了冲击而没有着火。

为什么这很重要

从本质上讲，电池的温度在充电和放电时会发生变化，这是由于 内阻 – 电池内部对锂离子流动的阻碍。 室外温度高 或电池组内温度不均匀严重威胁电池的安全性和耐用性。

能量密集型电池，例如广泛用于电子产品和电动汽车的锂离子电池，其电解质配方主要由高度易燃的有机分子组成。这会加剧以下风险： 热失控 – 一个不可控的过程，其中电池内部的多余热量会加速不必要的化学反应，释放更多热量，引发进一步的反应。电池内部的温度可以在一秒钟内上升数百度， 引起火灾或爆炸.

当锂离子电池充电太快时，会出现另一个安全问题。这可能会引起化学反应，在电池阳极（带负电荷的电极）上产生非常锋利的锂针，称为枝晶。最终，针刺穿隔膜并到达另一个电极，使电池内部短路并导致过热。

当科学家们研究 能源生产, 存储和转换, ，我们对开发高能量且安全的电池有着浓厚的兴趣。用阻燃电解质代替易燃电解质有可能使锂离子电池更安全，并且可以为长期改进赢得时间，从而降低过热和热失控的固有风险。

我们如何开展工作

我们希望开发一种不易燃的电解质，可以轻松地将热量从电池组中转移出去，可以在很宽的温度范围内发挥作用，非常耐用，并且与任何电池化学物质兼容。然而，大多数已知的不可燃有机溶剂含有氟和磷，它们价格昂贵并且可能具有 有害影响 关于环境.

相反，我们专注于采用经济实惠的商业冷却剂，这些冷却剂已广泛用于灭火器、电子测试和清洁应用，以便它们可以充当电池电解质。

我们专注于一种成熟、安全且价格实惠的商业液体，称为 诺维克7300, 其毒性低，不易燃，不会导致全球变暖。通过将这种液体与其他几种增加耐用性的化学品结合起来，我们能够生产出一种具有我们所寻求的特性的电解质，并使电池能够充电和放电一整年，而不会损失大量容量。

尚不清楚的事情

由于锂（一种碱金属）在地壳中很稀缺，因此研究使用其他更丰富的碱金属离子（例如钾或钠）的电池相比起来效果如何非常重要。因此，我们的研究主要集中在自熄性钾离子电池上，尽管它也表明我们的电解质非常适合制造自熄性锂离子电池。

我们的电解液是否能够同样适用于正在开发的其他类型的电池，还有待观察，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。

然而，目前，由于我们的替代电解质具有与当前使用的电解质相似的物理特性，因此它可以轻松地与当前的电池生产线集成。如果行业接受它，我们预计公司将能够使用现有的锂离子电池设施制造不易燃电池。

这 研究简介 是对有趣的学术工作的简短介绍。