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美国将电池集电器重量减轻80% 可延长电动汽车续航降低起火风险  [复制链接]

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美国将电池集电器重量减轻80% 可延长电动汽车续航降低起火风险
作者:中国储能网新闻中心 来源:盖世汽车网 发布时间:2020-11-18分享到:
中国储能网讯:据外媒报道,美国斯坦福大学(Stanford University)的科学家与能源部SLAC国家加速器实验室(SLAC National Accelerator Laboratory)重新设计了最重的电池组件——集电器(铜片或铝箔),并将其重量减少了80%,还能够立即熄灭起火事件,因而可以让锂离子电池变得更轻、更安全、更高效。

美国将电池集电器重量减轻80% 可延长电动汽车续航降低起火风险(第1页) -

集电器(图片来源:斯坦福大学)

研究人员表示,如果采用该项技术,就可以实现电池研究的两个主要目标:延长电动汽车的续航里程以及降低笔记本电脑、手机和其他设备起火的风险。当电池以超高速充电时,这一点尤其重要,因为充电速度快会导致各种电池损坏问题,甚至引发火灾。

无论是圆柱形电池还是电池包,锂离子电池都有两个集电器,每个电极一个,会分布流入或流出电极的电流。在一些大功率或超薄电池中,此类集电器的重量占到15%至50%。减少电池的重量一方面可以让设备更轻,减少电动汽车的重量;此外还能够在特定重量内存储更多的能量,让电子设备和电动汽车都可以具备更长的续航时间。减少电池的重量以及易燃性也可以降低运输回收电池的成本,对电池回收也会有很大的影响。

电池行业的研究人员一直试图降低集电器的重量,让此类集电器更薄,或有更多孔,但是尝试结果总会出现不必要的副作用,如让电池更加脆弱或化学性能不稳定,或需要更多的电解液,这会提高成本。

在谈到安全问题时,研究人员表示:“人们也尝试在电池电解液中添加阻燃剂,因为电解液也是易燃部分,但是不能添加太多,否则电解液会变得粘稠,不再能很好地传导离子。”

研究人员们对这个问题进行了头脑风暴之后,就设计了一个实验,以聚酰亚胺轻质聚合物为基础,制造和测试集电器,因为聚酰亚胺可以防火,并能承受因快速充电产生的高温。此外,一种称为磷酸三苯脂(TPP)的阻燃剂也被嵌入到聚合物中,然后在聚合物的两面都涂上一层超薄的铜。铜不仅能够完成电流分配的工作,还能够保护聚合物及阻燃剂。

美国将电池集电器重量减轻80% 可延长电动汽车续航降低起火风险(第1页) -

(图片来源:斯坦福大学)

与现有的集电器相比,新设计的集电器的重量减轻了80%,能够将各种类型电池的能量密度增加16%至26%。此外,其传导电流的性能也与普通的集电器一样,且不会退化。

美国将电池集电器重量减轻80% 可延长电动汽车续航降低起火风险(第1页) -

暴露在明火下实验(图片来源:斯坦福大学)

当用如今的商用集电器做成的电池包被暴露在明火下时,其会着火并剧烈燃料,直到电解质全部燃烧殆尽。不过,在配备了新型阻燃剂集电器的电池中,火不会真正地燃烧起来,产生的火焰非常微弱,几秒钟内就会熄灭,即使试图重新点燃时,也没有再次燃烧起来。

研究人员表示,该技术的最大优点之一是新型集电器制造简单,而且更便宜,因为只需要用一种便宜的聚合物取代部分铜。因此,还可以实现规模化商业生产。目前,斯坦福大学已经为该项技术申请了专利。
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