鋰電池技術關鍵突破：短路摺疊水淹火燒撞擊都不怕
本文來自微信公眾號「量子位」（ID：QbitAI），作者曉查、郭一璞，愛範兒經授權發佈。
Bong！
鋰電池爆炸，真是太危險了。
小則損傷財物，大則影響生命安全。
但是，誰讓它能量密度大呢？總不能為了玩手機，扛個鉛酸電池出門吧。
然而現在，情況有了轉機。
約翰霍普金斯大學應用物理實驗室科學家 Konstantinos Gerasopoulo 的團隊，創造了一種新的鋰電池。
在保持性能的前提下，這種新電池不怕水泡、不怕火燒、不怕摺疊或重擊，甚至能像紙片一樣隨意裁剪隨意摺疊，即使短路也還能繼續使用。
要是它能普及，你可能就再也看不到「xx 品牌手機爆炸」的新聞了。
這簡直是消費電子行業大救星，機場安檢人員的福報啊。
甚至，連一向嚴肅的媒體《連線》都用了「Invincible」無敵這個詞來評價它。
短路摺疊水淹火燒撞擊都不怕
這種新的鋰電池最逆天的屬性，就是：
耐操。
首先，普通電池一旦被短路，報廢算好的，沒爆炸着火都是福大命大。
但這種新電池，短路之後，你把它短路的地方斷開，它不僅不會發生危險，甚至還能繼續充放電循環將近 100 小時。
簡直是原地滿血復活啊！
而且，在地球上的絕大多數惡劣環境下，這種新電池都能撐得住，不僅不會像傳統鋰電池一樣爆炸，能保證安全；甚至還能繼續工作供電。
比如説，被摺疊的時候，它本來就是軟的，你可以隨便玩弄，把它團成球、搓成卷，設置成任何形狀，甚至裝在衣服裏面都沒問題。
而且，這種新電池也不怕外部破壞，用剪刀剪掉一塊，再放進鹽水裏，它不會被剪壞，還耐腐蝕，仍然可以供電。
既然不怕鹽水，那把它裝在用於水下的探測設備裏也是十分可行的了。
甚至，在模擬彈道撞擊的實驗裏，電池依然能保證運行。
這就再也不用擔心電池跌落或者遭到撞擊時着火了，有了這個特性，它將來或許能用在軍事設施上，成為即使在槍林彈雨中可以運轉的設備。
甚至你簡單粗暴的直接放火燒也沒啥問題。
研究人員直接把電池燒焦，然後把燒焦的部分剪下來，剩下的部分還能持續使用 100 小時。
不怕水，不怕火，不怕撞擊，不怕短路，真是打不死的小強。
核心祕密在哪裏？
那麼，為什麼這款電池這麼強悍，還不會起火爆炸呢？
造成傳統鋰電池起火最重要的一個原因就是電解質。
由於鋰的活性很高，使用鋰離子的電池的時候，我們需要將正負極分離開。如果它們之間的隔膜受到外力作用被刺穿，將會造成短路。
而鋰電池的電解質一般是易燃有毒的有機溶劑，很快在短路產生的巨大熱量下燃燒起來。
為了防止鋰電池起火，科學家們想出了各種方法，比如不可燃的水代替有機電解質，代價卻是損失電池的性能。
用水做電解質的鋰電池電壓低、能量密度低，一般電壓不超過 2V，能量密度不超過 70Wh/kg。原因就在於電池的水實在太多了。所以如何降低這種電池中的水含量成了關鍵問題。
近年來，科學家們發現了一種在水中溶劑度極高的鋰鹽，叫做「雙 (三氟甲磺酰基) 酰亞胺鋰」（LiTFSI），可以將電池的穩定放電窗口提高到 3.0V。
由於溶液中鹽的含量甚至超過了水，所以被叫做「鹽包水」電池（WiS 或 WiBS）。
來自約翰霍普金斯大學的科學家們發現，還可以進一步突破「鹽包水」電池的極限。他們把鋰鹽溶液放在一種聚丙烯酸類的凝膠中。
用一種凝膠的物質巧妙地解決了這個問題。
聚丙烯酸是一種特別能「藏水」的聚合物，在生活中也很常見，我們玩的彩色吸水珠，主要成分就是它。
當然，電池裏的物質不是吸水珠，而是由聚丙烯酸酯為前體，用紫外光照射使之聚合，生成的 MPEGA 和 PEGDA 交聯體。
由於這種物質中含有大量的羥基，可以把鋰鹽水溶液鎖在其中。
將凝膠電池進一步處理後得到的濃縮凝膠鹽包水電池（C-W-GPE）的問題放電窗口已經達到了 4.1V，和我們現在手機普遍使用的電池相當。
應用還待落地
當然，還沒到馬上應用的時候。
這種新型電池，還需要進一步的技術提升，因為現在只能充放電循環 100 次，研究人員們準備調整一下電解質來解決這個問題。
有意思的是，就在 2019 年，鋰電池的發明者 Goodenough——「棒的很」老爺子，也獲得了 2019 年諾貝爾獎。
但是在鋰電池進化的這條道路上，我們還有很長的路要走。
光是正極材料就有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等，每種材料的安全性、壽命、能量密度各有不同，不同廠家都在發展自己的技術。
針對鋰電池的安全性就有不同的解決方案，JHU 的這種方法並非着眼於正負極材料，而是將電解質換成安全性更高的凝膠，更難能可貴的是電池在經歷各種破壞時也不會發生危險，甚至之後還能正常使用……
這就給廣大依賴鋰電池的產品和設備，帶來了福音。
特別是電動車，鋰電池的「安全感」，始終是車主和乘客最擔心的環節。
但現在，一切開始不同了。
你期待嗎？
資料來源：愛範兒（ifanr）