斯坦福的研究人員利用覆蓋有石墨烯的鎳納米粒子制造了一種鋰離子電池，這種電池會在過熱時自動關(guān)閉，并在溫度下降后快速重啟。

攝影：Wendy Koch，斯坦福大學(xué)  撰文：Wendy Koch

“懸浮滑板”是一種有趣的自平衡滑板車，卻會在使用中起火。有些大學(xué)和航空公司因此禁止使用或攜帶它們。至于起火的罪魁禍首？那就是鋰離子電池。

這類電池用途廣泛，尤其是消費類電子產(chǎn)品，還曾導(dǎo)致電動汽車和運輸機起火。由于鋰離子電池存在過熱的風(fēng)險，美國政府已經(jīng)大量召回了這類電池，它們被應(yīng)用于相機、筆記本電腦、平板電腦、電動工具甚至是冬裝之中。

如今，斯坦福大學(xué)的研究人員或許有了解決方案。他們在本周一出版的《自然?能量》期刊上表示，已經(jīng)首次發(fā)明出一種會在過熱前自動關(guān)閉并在溫度下降后迅速重啟的鋰離子電池。

“大規(guī)模生產(chǎn)的可能性非常之高，”合著者化學(xué)工程教授鮑哲楠指出，這種電池的大部分材料都是便宜的塑料和鎳。她表示，電池重啟后不會降低效率。

全球各地的研究人員都在競相研發(fā)更優(yōu)秀更便宜的電池，因為其市場需求正在增長。由于新的聯(lián)合國氣候協(xié)議敦促各國改變對化石能源的依賴，更多通過電池驅(qū)動的電動汽車正在進入市場，還有更多的太陽能和風(fēng)能發(fā)電設(shè)施需要電池來儲存電力以備天氣不好的日子所需。

因此，科學(xué)家們提出了各種各樣的點子。例如同樣是在本周一，一個來自勞倫斯伯克利國家實驗室的團隊宣稱，他們正在研究用新的方法來制造電池陰極以提升性能，陰極是電池的關(guān)鍵組成部分。

由于安全問題縈繞已久，有些研究旨在降低電池起火的風(fēng)險。去年，一個哈佛大學(xué)團隊首次發(fā)明了一種不易燃的流體電池，這種電池能在外部儲液罐中儲存電網(wǎng)級別的電能。麻省理工學(xué)院的研究人員發(fā)表論文稱，用固體替代液體來作電解液（另一種電池關(guān)鍵組成部分）可以提高鋰離子電池的安全性。

其他人則在考慮將阻燃劑添加進電解液中，攜帶帶電粒子的電解液位于電池兩極之間。去年，斯坦福工程師崔屹制造出一種“智能”電池，能在變得太熱之前預(yù)警。

斯坦福的研究人員將鎳納米粒子嵌入聚乙烯薄膜，并在突起部分覆蓋石墨烯，從而制造出這種新電池。攝影：Wendy Koch，斯坦福大學(xué)

“不幸的是，這些技術(shù)是不可逆轉(zhuǎn)的，因此電池在過熱后將失效，”崔屹在宣布這次最新研究時說道，他也是該論文的合著者。

為了解決這個重大問題，他和同事將目光轉(zhuǎn)向納米技術(shù)。鮑哲楠最近發(fā)明了一種用于監(jiān)測人體體溫的可穿戴式傳感器，這讓崔屹大受啟發(fā)。傳感器用嵌入了鎳微粒的塑性材料制成，這些微粒會突出表面。

在研發(fā)電池的過程中，斯坦福研究團隊將突出的鎳微粒嵌入彈性聚乙烯薄膜，并覆以原子般厚度的石墨烯。這些微粒必須彼此接觸才能導(dǎo)電，然而隨著溫度升高，聚乙烯薄膜會伸展并導(dǎo)致鎳微粒分散開來，從而無法再導(dǎo)電。當(dāng)溫度降下來之后，塑料收縮，微粒重新接觸。

“我們的設(shè)計提供了一種可靠、快速且可逆的策略，能夠同時提高電池的性能和安全性，”論文中說道。