斯坦福大学发明不会起火的新型纳米粒子电池

     斯坦福的研究人员利用覆盖有石墨烯的镍纳米粒子制造了一种锂离子电池，这种电池会在过热时自动关闭，并在温度下降后快速重启。

    “悬浮滑板”是一种有趣的自平衡滑板车，却会在使用中起火。有些大学和航空公司因此禁止使用或携带它们。至于起火的罪魁祸首那就是锂离子电池。

    这类电池用途广泛，尤其是消费类电子产品，还曾导致电动汽车和运输机起火。由于锂离子电池存在过热的风险，美国政府已经大量召回了这类电池，它们被应用于相机、笔记本电脑、平板电脑、电动工具甚至是冬装之中。

    如今，斯坦福大学的研究人员或许有了解决方案。他们在本周一出版的《自然能量》期刊上表示，已经首次发明出一种会在过热前自动关闭并在温度下降后迅速重启的锂离子电池。

    “大规模生产的可能性非常之高，”合著者化学工程教授鲍哲楠指出，这种电池的大部分材料都是便宜的塑料和镍。她表示，电池重启后不会降低效率。

    全球各地的研究人员都在竞相研发更优秀更便宜的电池，因为其市场需求正在增长。由于新的联合国气候协议敦促各国改变对化石能源的依赖，更多通过电池驱动的电动汽车正在进入市场，还有更多的太阳能和风能发电设施需要电池来储存电力以备天气不好的日子所需。

    因此，科学家们提出了各种各样的点子。例如同样是在本周一，一个来自劳伦斯伯克利国家实验室的团队宣称，他们正在研究用新的方法来制造电池阴极以提升性能，阴极是电池的关键组成部分。

    由于安全问题萦绕已久，有些研究旨在降低电池起火的风险。去年，一个哈佛大学团队首次发明了一种不易燃的流体电池，这种电池能在外部储液罐中储存电网级别的电能。麻省理工学院的研究人员发表论文称，用固体替代液体来作电解液(另一种电池关键组成部分)可以提高锂离子电池的安全性。

    其他人则在考虑将阻燃剂添加进电解液中，携带带电粒子的电解液位于电池两极之间。去年，斯坦福工程师崔屹制造出一种“智能”电池，能在变得太热之前预警。

    斯坦福的研究人员将镍纳米粒子嵌入聚乙烯薄膜，并在突起部分覆盖石墨烯，从而制造出这种新电池。

    “不幸的是，这些技术是不可逆转的，因此电池在过热后将失效，”崔屹在宣布这次最新研究时说道，他也是该论文的合著者。

    为了解决这个重大问题，他和同事将目光转向纳米技术。鲍哲楠最近发明了一种用于监测人体体温的可穿戴式传感器，这让崔屹大受启发。传感器用嵌入了镍微粒的塑性材料制成，这些微粒会突出表面。

    在研发电池的过程中，斯坦福研究团队将突出的镍微粒嵌入弹性聚乙烯薄膜，并覆以原子般厚度的石墨烯。这些微粒必须彼此接触才能导电，然而随着温度升高，聚乙烯薄膜会伸展并导致镍微粒分散开来，从而无法再导电。当温度降下来之后，塑料收缩，微粒重新接触。

    “我们的设计提供了一种可靠、快速且可逆的策略，能够同时提高电池的性能和安全性，”论文中说道。

    美国阿贡国家实验室能源储存联合研究中心主任George Crabtree表示，这项研究“意义重大”：“锂离子电池的安全性是电动交通和电网的当务之急，哪怕是概率很小的失控起火都会造成重大影响。”

    Crabtree表示，尽管斯坦福团队的“新奇概念令人印象深刻并且颇有前途”，但仍需在更大型的电池系统上经过大量充放电周期的测试才能确保不会发生意外问题。他补充道：“锂离子电池因为没有料到的组件副反应而名声不佳，而嵌有石墨烯涂层镍微粒的聚乙烯薄膜就是一种全新的电池组件。”

    每年都有不计其数的锂离子电池被制造出来，其中只有极少数会导致融化、起火或爆炸。但这其中一部分与重大事故有关。最近大受欢迎的“悬浮滑板”就因为点燃了数座房屋而受到指责，路易斯安那州甚至有一座房子因此被彻底烧毁。

    尽管更安全的电池即将出炉，但企业家们可不会枯坐干等。他们正在采用其他措施来避免电池起火。在少数特斯拉电动汽车的电池因为碰撞而损毁，并导致车辆起火后，公司联合创始人埃隆马斯克宣布，将会为Model S系列增加钛合金底盘。