锂电池技术关键突破：短路折叠水淹火烧撞击都不怕

编者按：本文来自微信公众号“量子位”（ID:QbitAI），作者：晓查 郭一璞，36氪经授权发布。

Bong！

锂电池爆炸，真是太危险了。

小则损伤财物，大则影响生命安全。

但是，谁让它能量密度大呢？总不能为了玩手机，扛个铅酸电池出门吧。

约翰霍普金斯大学应用物理实验室科学家Konstantinos Gerasopoulo的团队，创造了一种新的锂电池。

在保持性能的前提下，这种新电池不怕水泡、不怕火烧、不怕折叠或重击，甚至能像纸片一样随意裁剪随意折叠，即使短路也还能继续使用。

要是它能普及，你可能就再也看不到“xx品牌手机爆炸”的新闻了。

这简直是消费电子行业大救星，机场安检人员的福报啊。

甚至，连一向严肃的媒体《连线》都用了“Invincible”无敌这个词来评价它。

短路折叠水淹火烧撞击都不怕

这种新的锂电池最逆天的属性，就是：

耐操。

首先，普通电池一旦被短路，报废算好的，没爆炸着火都是福大命大。

但这种新电池，短路之后，你把它短路的地方断开，它不仅不会发生危险，甚至还能继续充放电循环将近100小时。

简直是原地满血复活啊！

而且，在地球上的绝大多数恶劣环境下，这种新电池都能撑得住，不仅不会像传统锂电池一样爆炸，能保证安全；甚至还能继续工作供电。

比如说，被折叠的时候，它本来就是软的，你可以随便玩弄，把它团成球、搓成卷，设置成任何形状，甚至装在衣服里面都没问题。

而且，这种新电池也不怕外部破坏，用剪刀剪掉一块，再放进盐水里，它不会被剪坏，还耐腐蚀，仍然可以供电。

既然不怕盐水，那把它装在用于水下的探测设备里也是十分可行的了。

甚至，在模拟弹道撞击的实验里，电池依然能保证运行。

这就再也不用担心电池跌落或者遭到撞击时着火了，有了这个特性，它将来或许能用在军事设施上，成为即使在枪林弹雨中可以运转的设备。

甚至你简单粗暴的直接放火烧也没啥问题。

研究人员直接把电池烧焦，然后把烧焦的部分剪下来，剩下的部分还能持续使用100小时。

不怕水，不怕火，不怕撞击，不怕短路，真是打不死的小强。

核心秘密在哪里？

那么，为什么这款电池这么强悍，还不会起火爆炸呢？

造成传统锂电池起火最重要的一个原因就是电解质。

由于锂的活性很高，使用锂离子的电池的时候，我们需要将正负极分离开。如果它们之间的隔膜受到外力作用被刺穿，将会造成短路。

而锂电池的电解质一般是易燃有毒的有机溶剂，很快在短路产生的巨大热量下燃烧起来。

为了防止锂电池起火，科学家们想出了各种方法，比如不可燃的水代替有机电解质，代价却是损失电池的性能。

用水做电解质的锂电池电压低、能量密度低，一般电压不超过2V，能量密度不超过70Wh/kg。原因就在于电池的水实在太多了。所以如何降低这种电池中的水含量成了关键问题。

近年来，科学家们发现了一种在水中溶剂度极高的锂盐，叫做“双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂”（LiTFSI），可以将电池的稳定放电窗口提高到3.0V。

由于溶液中盐的含量甚至超过了水，所以被叫做“盐包水”电池（WiS或WiBS）。

来自约翰霍普金斯大学的科学家们发现，还可以进一步突破“盐包水”电池的极限。他们把锂盐溶液放在一种聚丙烯酸类的凝胶中。

用一种凝胶的物质巧妙地解决了这个问题。

聚丙烯酸是一种特别能“藏水”的聚合物，在生活中也很常见，我们玩的彩色吸水珠，主要成分就是它。

当然，电池里的物质不是吸水珠，而是由聚丙烯酸酯为前体，用紫外光照射使之聚合，生成的MPEGA和PEGDA交联体。

由于这种物质中含有大量的羟基，可以把锂盐水溶液锁在其中。

将凝胶电池进一步处理后得到的浓缩凝胶盐包水电池（C-W-GPE）的问题放电窗口已经达到了4.1V，和我们现在手机普遍使用的电池相当。

应用还待落地

当然，还没到马上应用的时候。

这种新型电池，还需要进一步的技术提升，因为现在只能充放电循环100次，研究人员们准备调整一下电解质来解决这个问题。

有意思的是，就在2019年，锂电池的发明者Goodenough——“棒的很”老爷子，也获得了2019年诺贝尔奖。

光是正极材料就有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料等，每种材料的安全性、寿命、能量密度各有不同，不同厂家都在发展自己的技术。

针对锂电池的安全性就有不同的解决方案，JHU的这种方法并非着眼于正负极材料，而是将电解质换成安全性更高的凝胶，更难能可贵的是电池在经历各种破坏时也不会发生危险，甚至之后还能正常使用……

这就给广大依赖锂电池的产品和设备，带来了福音。

特别是电动车，锂电池的“安全感”，始终是车主和乘客最担心的环节。

但现在，一切开始不同了。

你期待吗？

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