三星(Samsung)旗舰级手机Galaxy Note 7s由于存在电池爆炸的疑虑,遭到全球多家航空公司禁止携带登机。不过,研究有关电池起火或爆炸的科学家们最近在防火安全上迈出了第一步,他们追踪到发热失控的根源来自于电池阳极与阴极之间形成的小型树枝状结晶(dendrite)所致。

美国卓克索大学(Drexel University)的材料专家们提出了一种低成本、简单的方法,有助于防止这种“枝晶”的形成:以至少1%的浓度混合纳米钻石与普通的锂离子电解质。

卓克索大学教授Yury Gogotsi与中国清华大学博士班候选人一起发现了这种方法。但是,要让三星以及众多的其他锂离子电池制造商与OEM接受并采用这一概念,应该比研究人员确认纳米钻石添加剂有效更加困难。

Gogotsi说:“我们只好使用Drexel大学提供的内部资金来证实这个概念可行。现在我们仍在努力吸引业界合作伙伴的资助,才能更详细地表征这一过程,以及确定哪些特定应用需要添加多少纳米钻石到电解液中。” Yury-Gogotsi Yury Gogotsi

事实上,锂离子电池技术已经很昂贵了,会不会一听到纳米钻石中的“钻石”就吓走一票对于成本敏感的制造商?但Gogotsi指出,这样的顾虑是多余的,因为纳米钻石的制造成本低廉,实际上还可以用废料来制造。

Gogotsi说:“你只需要使用过期的爆炸物,否则处理成本昂贵,然后在密闭的腔室内引爆。其结果是在腔壁上产生超过50%的纳米钻石涂层,测量约为5纳米。” 做的只是使用过期的

这个机制就像漫画中超人制作钻石的方式:超级英雄在普通的碳上施加极其高的压力,迫使它进入最紧致的结构。当然,在《超人:钢铁英雄》(Man of Steel)电影中,超人徒手就能做到,而Gogotsi的方法则有赖于在密闭空间中引爆造成的极度压力。 20171110-Nanodiamonds 锂离子电池的电解液中加入纳米钻石,可望避免发热失控形成枝晶,甚至引发火灾 (来源:Drexel University、Tsinghua University)

Gogotsi的实验室使用制造这种纳米钻石的过程,但他说,“这一过程其实是由俄罗斯的三座实验室发明的,而且必须加以保密,每一座实验室都不知道其他实验室的类似发现。”

美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Lab)最终公布了这一过程的细节,目前已在全球范围内用于将难以处置的废弃物(例如过期的C4)转化为可销售的产品。纳米钻石目前也广泛应用于工业研磨、医用涂料和测量磁场的电子传感器等产品中。 20171110-Nanodiamonds1 电解质中逐渐生长的枝晶内含不到1%的纳米钻石(左),以及无枝晶的锂离子电池与纳米钻石(右)比较 (来源:Drexel University)

现在,纳米钻石已经就绪,可用于解决电池起火或爆炸的问题——前提是,如果制造商愿意相信的话。

编译:Susan Hong

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