盡管電動汽車非常先進,但是其動力來源是一個致命弱點.電動汽車中常用的電池類型之一便是鋰離子電池,但是因碰撞或是其他對汽車施加的沖擊會導致鋰離子電池起火或爆炸,沖擊會導致電極內部短路,因“熱失控”,小火會蔓延至整個電池以及汽車的其他部分.

美國阿克倫大學高分子科學副教授YuZhu博士表示:“盡管大家在電池熱管理方面已經做出了很大的努力,但是最近電動汽車電池起火和爆炸的事故還是讓公眾很擔憂.在大多數情況,電池只有受到外部沖擊或撞擊等不正常的情況下,才會著火.”

Zhu博士和其高分子科學和高分子工程學研究生團隊合作,通過創造一個“剪切增稠”電解質(一種能夠在沖擊下變得更加濃稠的物質),以提升鋰離子電池的安全性.該電解質放置在陽極和陰極之間,使陽極和陰極能夠抗擊沖擊,因而在任何碰撞事故下,都不會引起電池起火或爆炸.而在正常情況下,該新型電解質會保持柔軟狀態.

Zhu博士表示:“電動汽車中鋰離子電池的陽極和陰極被一個非常柔軟的薄膜以及液體電解質分離開,只將液體電解質替換成固體電解質仍是一項極具挑戰性的任務,因為此兩種電解質都是多孔結構,需要液體填充孔隙.因此,我們在正常情況下,仍使用類似液體的電解質,但是在沖擊情況下,該液體電解質可以增強自己的機械強度,因此,我們研發出剪切增稠電解質.”

可以將該電解質想象成水與面粉的混合物,當用手慢慢攪拌面粉和水時,會感受到一絲阻力.但是,如果加快攪拌速度,會明顯感覺到很大的阻力.事實上,保齡球可以在水與面粉形成的表面上反彈回來,水與面粉組成的表面在受到沖擊的情況下,表現猶如固體.

具有此種特性的液體稱為膨脹物,是一種非牛頓流體.如果電解質也是一種膨脹物,則其可在電池受到外部沖擊時,防止電池短路.但是,制成剪切增稠電解質可比混合面粉和水要困難得多了,因為電解質的成分很復雜,包含不同的離子、溶劑和各種添加劑.

Zhu表示:“在初步研究中,我們展示了一種改性低成本玻璃纖維,能夠生產剪切增稠電解質,而此類電解質可與商用鋰離子電池兼容,表現出非常好的抗沖擊性能.與傳統的液體電解質相比,此類剪切增稠電解質不會顯著降低鋰離子電池的性能.在受到沖擊時,該電解質會立刻成為固體,并且會因剪切增稠效應,產生更大的力以對抗外部沖擊.該解決方案可作為電池組外部熱管理系統的補充方案,因為電池組外部熱管理系統往往無法應對電池突然遭受外部沖擊的情況.”

此外,Zhu表示該研究非常新穎,可以提升鋰離子電池的安全性,特別是提升用于電動汽車的鋰離子電池的安全性.而且,該剪切增稠電解質還可用于其他用途,如用于防彈儲能設備.