不久的將來,可能會迎來不用再擔心純電動汽車電池火災的時代。
在考慮購買電動汽車的人中,有很多人對陌生的技術(shù)存在感到恐懼。首先,因為之前沒有充過電,所以害怕會很不舒服。但是,既然我們不認為每晚給智能手機充電是一件特別的事情,那么電動汽車充電就不再是一件讓人擔心或麻煩的事情了。
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但是手機起火的概率很低,而電車火災的概率高啊。特別是那些通過新聞看到大容量電池爆炸的新聞,我相信不少人會把購買電動汽車的計劃從腦海中抹去。
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雖然電動車電池的起火原因有些復雜,但是排除其它起火原因,單純從電池的角度看,無非是材料原因。
首先,構(gòu)成電池的正極材料和負極材料隨著時間的推移逐漸像樹枝一樣延伸。如果這兩種物質(zhì)相互接觸,就會發(fā)生急劇的化學反應(yīng),產(chǎn)生熱量,并立即引發(fā)爆炸。所以為了防止兩種物質(zhì)接觸,設(shè)置了分離膜。但是,如果隔膜因某種原因而損壞,最終會導致正極物質(zhì)相互接觸,從而引發(fā)爆炸。
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很明顯,形成兩極的物質(zhì)相互接觸是起火的原因,但火勢蔓延另有原因。正是因為有助于電荷移動的電解質(zhì)。通常用作鋰離子電池電解液的有機碳酸酯,因其引火點低,具有常溫下也容易著火的特性。而且隨著陽極物質(zhì)產(chǎn)生氧氣,火災擴散。
通過新聞接觸過電動汽車火災事例的人都知道,如果電池出現(xiàn)熱爆,就會出現(xiàn)與普通火災完全不同的情況。需要大量的水,甚至即使水淹沒了,化學反應(yīng)也會持續(xù)發(fā)生,并伴隨著冒出濃煙。所以只能等到自己停止化學反應(yīng),如果時間長的話需要幾個小時。
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因此,最近科學家們正在研究多種技術(shù),以明確鋰電池起火的原因,并預防起火。其中之一是提高正極物質(zhì)中鈷的含量,減少氧氣的產(chǎn)生量。如果氧氣少,燃燒過程當然也會減弱,火災的規(guī)模自然也會變小。
另一種是干脆改變電解質(zhì)的成分。去年KAIST成功開發(fā)出了控制電解質(zhì)主要組成物質(zhì)有機碳酸酯分子結(jié)構(gòu)的阻燃電解質(zhì)。當然,這不是一件容易的事。最大的問題是改變電解質(zhì)結(jié)構(gòu)會導致離子移動緩慢。所以,隨著電流的產(chǎn)生變慢,出現(xiàn)了無法充分提供或充電所需電量的問題。
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但研究小組表示,通過分子結(jié)構(gòu)的變化,確認了即使電池被穿透,熱暴也會得到抑制。另外,美國南卡羅來納州一所大學的研究小組也和KAIST有著同樣的想法。他們也預測說,如果能開發(fā)出不著火的阻燃電解質(zhì),就能預防現(xiàn)在的熱暴。取而代之的是,他們找到了新的物質(zhì),而不是現(xiàn)有的電解質(zhì)。令人驚訝的是,該物質(zhì)主要用于滅火器,因此即使發(fā)生火災,電解質(zhì)也會抑制火災,干脆像滅火液一樣撲滅火災。
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實際上,他們在各種溫度環(huán)境下進行了穿透測試,他們表示,電池內(nèi)部發(fā)生火災,電解質(zhì)反而撲滅了火災。當然,以前也有不可燃電解液,但它由氟、磷等價格昂貴或泄漏時伴隨健康和環(huán)境污染的物質(zhì)組成。但是研究組開發(fā)的電解液就像之前介紹的那樣,是作為消化液使用的物質(zhì),所以在價格方面才對環(huán)境有利。
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根據(jù)研究,他們用多種消化液進行了測試,其中3M生產(chǎn)的一種名為Novec 7300的物質(zhì)結(jié)果最好。更令人高興的是,這種物質(zhì)可以在不修改電池生產(chǎn)線的情況下替代現(xiàn)有電解液。
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當然,目前尚不清楚電動汽車電池電解液何時會被這些物質(zhì)取代,但電池領(lǐng)域也在持續(xù)發(fā)生革新,預計不久后電動汽車將再次成為市場關(guān)注的存在。