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电池为什么会爆炸可能因技术被强制推向极限iyiou.com

2019-03-11 15:54:32

电池为什么会爆炸?可能因技术被强制推向极限

【腾讯编者按】美国科技站TheVerge近日撰文对电池爆炸的各种原因和科学道理进行了详细的解释。下面是文章的主要内容。

爆炸看起来似乎一件怪事,但电池的化学性质决定它们确实有可能着火并爆炸。三星近宣布召回新款智能Galaxy Note 7,因为该机电池具有潜在危险。

如果电池发生爆炸,往往在厂家,因为它们在生产过程中没能确保电池不会爆炸。电池爆炸可能是厂家将技术推向极限的结果。屏幕越大、功能越强大,就需要越多的能量,而我们大多数人总是希望电池续航时间越长越好,充电速度越快越好。

美国康奈尔大学(Cornell University)的材料科学家Lynden Archer表示,从理论上讲,我们已经可以使锂电池续航时间达到极限值的近90%。所以,各大厂商都在向极限努力,希望获得尽可能长的续航时间。

智能制造商都希望获得长的电池续航时间,这有点像在进行一场军备竞赛。Lynden Archer说。这种趋势正在产生另一种趋势:电池事故越来越容易发生。

三星将Galaxy Note 7的召回归咎于如下事实:在部分上,原本不能互相接触的电池阴阳两极触碰到一起。但是,可充电锂离子电池爆炸也有其他常见的原因,这通常是因为我们对性能要求越来越高。

要了解电池的安全问题,我们需要了解电池的工作原理。电池相对的两侧有两个电极(或叫电导体)。其中一个电极含正电离子,被称为阴极。阴极里充满锂元素,它是燃料存储的地方。另一个相对的电极含负电离子,被称为阳极。

在充电期间,锂离子从阴极移动到阳极。当电池使用时,锂离子向相反的方向移动。在阴极和阳极之间的是被称为电解质的化学物质,它们能够帮助电离子移动,传导电流。虽然电离子需要从一侧移动到另一侧,但阳阴两极本身不能接触。为了防止这种情况发生,电池制造商在阴阳两极之间插入了隔板。

充电过满或充电过快 电池可能爆炸

Galaxy Note 7的电池问题是:隔板有缺陷,阴阳两极触碰到一起。这被认为是糟糕的失败,因为它极有可能会引起火花,甚至可能发生爆炸。Lynden Archer说。当两个电极接触时,电能直接流向中间的电解质而非两侧的电极。

电解质本身是不太稳定的,电离子在其中的移动也会不稳定。当有大量的热量产生时无论是通过两个电极互相接触还是仅仅因为外部过热电解质可能会与其他化学物质发生反应,产生气体,释放更多的热量。随着化学反应的反复发生,气体以越来越快的速度释放越来越多的热量。这个过程将产生热失控,并可能导致起火。

这就是为什么许多在过热时会自动关机。但电池爆炸也可能是因为其他的原因。电池过度充电或充电过快都可能导致电池起火或者爆炸。

过度充电就像在水桶里装入太多的水。水桶里装入太多水不要紧,因为水会溢出。但对于电池来说,过度充电时,会有过多的锂元素进入阳极。过度充电并非是因为你将充了一整夜的电大多数电池被设计成自动防止过度充电,而是因为制造商在生产过程中的差错导致电池电路出现故障,以至于不能阻止过度充电。

普林斯顿大学的材料科学家Dan Steingart表示,电池就像一个橡皮筋。当你对电池进行充电时,就好像你在拉伸橡皮筋;当你使用电池时,就好像你在释放它。如果你将橡皮筋拉得太紧,它就会断裂。

科学家正在研究新型电解质

此外,充电太快也是一个问题。快速充电意味着在短时间内向电池充入太多的电能,这就是所谓快速充电技术的危险所在。如果充电器与电池不兼容(不管是什么原因),电池也可能短路。

我们可以将电池想象成两个鸡蛋板条箱。锂离子需要在这两个鸡蛋板条箱之间穿梭,以便稳妥地堆积在里面。如果你缓慢充电,锂离子有足够的时间在板条箱里找到自己的位置。但是,如果充电过快,或者充电过度,锂离子就会在板条箱外面堆积起来。然后,每次充电时锂离子都会自我堆积,形成被称为树突的针状结构,它们可以导致短路电池。

电池事故的另一个常见原因是制造商试图通过提高电压使电池储存更多电能。

电压就像瀑布的高度,而电流就多年的情爱交融像流水的水量,瀑布越高,下面的流水就越多。同理,电压越高,电池里存储的电能就越多。所以,制造商试图通过在电池中加入像镍元素(或其他元素)使电压升高。但是,电压越高,电解质越容易产生化合作用,从而导致起火或爆炸。

一些科学家正在试图开发一种不容易起火的电解质。这些电解质被称为离子液体。Nohms Technology公司的首席技术官Surya Moganty表示,与一般电解质相比,离子液体需要更多的热量才会形成可燃气体。这种新型电解质要安全得多,但也有可能缩短电池续航时间。

电池技术在不断进步,但它的发展速度还赶不上我们对电池充电速度和续航时间的要求。制造商应该记住这一点,不要以安全可是年华不等人为代价来满足我们的要求。

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