通常用于消費電子產(chǎn)品的鋰離子電池可能會因損壞或包裝不當(dāng)而起火。這些事故偶爾會造成嚴(yán)重后果，包括燒傷、房屋火災(zāi)，甚至是飛機失事。

受到某些液體在撞擊中凝固的怪異行為的啟發(fā)，研究人員開發(fā)出了一種實用且廉價的方法來幫助預(yù)防這些火災(zāi)。

他們將在今天舉行的第256屆美國化學(xué)學(xué)會(ACS)全國大會上公布他們的研究成果。

"在鋰離子電池中，一塊薄薄的塑料將兩個電極分開，"GabrielVeith博士說，"如果電池?fù)p壞，塑料層失效，電極就會接觸，導(dǎo)致電池的液體電解質(zhì)著火。"

為了使這些電池更安全，一些研究人員轉(zhuǎn)而使用不易燃的固體電解質(zhì)。但Veith說，這些固態(tài)電池需要對目前的生產(chǎn)工藝進行重大調(diào)整。

作為一種替代方法，他的團隊在傳統(tǒng)的電解質(zhì)中加入一種添加劑，以創(chuàng)造出一種抗沖擊的電解質(zhì)。

當(dāng)電池被擊中時，它會凝固，防止電池在跌落或碰撞中受損時電極接觸。如果電極不互相接觸，電池就不會著火。

更好的是，加入這種添加劑只需要對傳統(tǒng)的電池制造過程做一些小的調(diào)整。

當(dāng)Veith和他的孩子們在玩一種叫做Oobleck(歐不裂)的玉米淀粉和水的混合物時，這個項目的靈感迸發(fā)了。

"如果你把這種混合物放在餅干托盤上，它就會像液體一樣流動，但你開始戳它時，它就會變成固體，"Veith說，"壓力消除后，物質(zhì)又液化了。"

Veith意識到他可以利用這種可逆的"剪切增稠"特性使電池更安全。

這種特性依賴于膠體，膠體是液體中微小的固體顆粒的懸浮體。在Oobleck的例子中，膠體由懸浮在水中的玉米淀粉顆粒組成。

至于電池膠體，Veith和他在橡樹嶺大學(xué)和羅切斯特大學(xué)的同事們使用懸浮在普通液體電解質(zhì)中的二氧化硅作為鋰離子電池。

他解釋說，在撞擊過程中，二氧化硅顆粒聚集在一起，堵塞了流體和離子的流動。

研究人員使用了完美的球形、直徑200納米的二氧化硅顆粒，或者說是一種超細(xì)的沙子。

"如果你有非常均勻的顆粒大小，這些顆粒在電解質(zhì)中均勻分散，效果非常好，"Veith說。

"如果它們的大小不均勻，那么液體受到撞擊時粘性就會降低，這是很糟糕的。"

其他一些實驗室也在研究剪切增稠技術(shù)，以提高電池的安全性。

一個研究小組先前報道了一項關(guān)于"煙霧硅膠"的研究，這種二氧化硅煙霧由微小不規(guī)則的二氧化硅顆粒組成。

另一個研究小組最近報道了使用桿狀二氧化硅顆粒的效果。

Veith認(rèn)為他的球形粒子可能比桿狀二氧化硅更容易制造，而且比二氧化硅煙霧對撞擊有更快的反應(yīng)和更強的阻止力。

Veith的主要進展之一涉及電池的生產(chǎn)過程。

在傳統(tǒng)鋰離子電池的制造過程中，在生產(chǎn)過程的最后，電解液注入電池外殼，然后密封電池。

他說:"你不能直接放入剪切增稠的電解質(zhì)，因為一旦你試圖注入它，它就會凝固。"

研究人員解決這個問題的方法是在加入電解質(zhì)之前先將二氧化硅放置到位。目前他們正在為他們的技術(shù)申請專利。

在未來，Veith計劃改進這個系統(tǒng)，以便電池在碰撞中受損的部分能夠保持穩(wěn)定，而其余的部分將繼續(xù)工作。

該團隊最初的目標(biāo)是應(yīng)用于無人機電池，但他們最終希望進入汽車市場。他們還計劃制造一種更大版本的電池，這種電池能夠攔截子彈。

Veith說，這可能對士兵有利，他們在執(zhí)行任務(wù)時通常會攜帶20磅的防彈衣和20磅的電池。

"電池將發(fā)揮他們的盔甲一樣的功能，可以減輕普通士兵20磅的重量。"