鋰電池續航提升像“競賽” 事故越來(lái)越容易發(fā)生
手機爆炸看起來(lái)似乎一件怪事，但手機電池的化學(xué)性質(zhì)決定它們確實(shí)有可能著(zhù)火并爆炸。三星最近宣布召回新款智能手機Galaxy Note 7，因為該機電池具有潛在危險。
如果手機電池發(fā)生爆炸，責任往往在廠(chǎng)家，因為它們在生產(chǎn)過(guò)程中沒(méi)能確保電池不會(huì )爆炸。電池爆炸可能是廠(chǎng)家將技術(shù)推向極限的結果。手機屏幕越大、功能越強大，就需要越多的能量，而我們大多數人總是希望電池續航時(shí)間越長(cháng)越好，充電速度越快越好。
美國康奈爾大學(xué)(Cornell University)的材料科學(xué)家Lynden Archer表示，從理論上講，我們已經(jīng)可以使鋰電池續航時(shí)間達到極限值的近90%。所以，各大手機廠(chǎng)商都在向極限努力，希望獲得盡可能長(cháng)的續航時(shí)間。
“智能手機制造商都希望獲得最長(cháng)的電池續航時(shí)間，這有點(diǎn)像在進(jìn)行一場(chǎng)軍備競賽?！盠ynden Archer說(shuō)?！斑@種趨勢正在產(chǎn)生另一種趨勢：電池事故越來(lái)越容易發(fā)生?！?/p>
三星將Galaxy Note 7的召回歸咎于如下事實(shí)：在部分手機上，原本不能互相接觸的電池陰陽(yáng)兩極觸碰到一起。但是，可充電鋰離子電池爆炸也有其他常見(jiàn)的原因，這通常是因為我們對手機性能要求越來(lái)越高。
要了解電池的安全問(wèn)題，我們需要了解電池的工作原理。電池相對的兩側有兩個(gè)電極（或叫電導體）。其中一個(gè)電極含正電離子，被稱(chēng)為陰極。陰極里充滿(mǎn)鋰元素，它是“燃料”存儲的地方。另一個(gè)相對的電極含負電離子，被稱(chēng)為陽(yáng)極。
在充電期間，鋰離子從陰極移動(dòng)到陽(yáng)極。當電池使用時(shí)，鋰離子向相反的方向移動(dòng)。在陰極和陽(yáng)極之間的是被稱(chēng)為電解質(zhì)的化學(xué)物質(zhì)，它們能夠幫助電離子移動(dòng)，傳導電流。雖然電離子需要從一側移動(dòng)到另一側，但陽(yáng)陰兩極本身絕對不能接觸。為了防止這種情況發(fā)生，電池制造商在陰陽(yáng)兩極之間插入了隔板。
充電過(guò)滿(mǎn)或充電過(guò)快 電池可能爆炸
Galaxy Note 7的電池問(wèn)題是：隔板有缺陷，陰陽(yáng)兩極觸碰到一起?！斑@被認為是最糟糕的失敗，因為它極有可能會(huì )引起火花，甚至可能發(fā)生爆炸?！盠ynden Archer說(shuō)。當兩個(gè)電極接觸時(shí)，電能直接流向中間的電解質(zhì)而非兩側的電極。
電解質(zhì)本身是不太穩定的，電離子在其中的移動(dòng)也會(huì )不穩定。當有大量的熱量產(chǎn)生時(shí)——無(wú)論是通過(guò)兩個(gè)電極互相接觸還是僅僅因為外部過(guò)熱——電解質(zhì)可能會(huì )與其他化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應，產(chǎn)生氣體，釋放更多的熱量。隨著(zhù)化學(xué)反應的反復發(fā)生，氣體以越來(lái)越快的速度釋放越來(lái)越多的熱量。這個(gè)過(guò)程將產(chǎn)生“熱失控”，并可能導致起火。
這就是為什么許多手機在過(guò)熱時(shí)會(huì )自動(dòng)關(guān)機。但電池爆炸也可能是因為其他的原因。電池過(guò)度充電或充電過(guò)快都可能導致電池起火或者爆炸。
過(guò)度充電就像在水桶里裝入太多的水。水桶里裝入太多水不要緊，因為水會(huì )溢出。但對于電池來(lái)說(shuō)，過(guò)度充電時(shí)，會(huì )有過(guò)多的鋰元素進(jìn)入陽(yáng)極。過(guò)度充電并非是因為你將手機充了一整夜的電——大多數電池被設計成自動(dòng)防止過(guò)度充電，而是因為制造商在生產(chǎn)過(guò)程中的差錯導致電池電路出現故障，以至于不能阻止過(guò)度充電。
普林斯頓大學(xué)的材料科學(xué)家Dan Steingart表示，電池就像一個(gè)橡皮筋。當你對電池進(jìn)行充電時(shí)，就好像你在拉伸橡皮筋；當你使用電池時(shí)，就好像你在釋放它。如果你將橡皮筋拉得太緊，它就會(huì )斷裂。
科學(xué)家正在研究新型電解質(zhì)
此外，充電太快也是一個(gè)問(wèn)題?？焖俪潆娨馕吨?zhù)在短時(shí)間內向電池充入太多的電能，這就是所謂“快速充電技術(shù)”的危險所在。如果充電器與電池不兼容（不管是什么原因），電池也可能短路。
我們可以將電池想象成兩個(gè)雞蛋板條箱。鋰離子需要在這兩個(gè)雞蛋板條箱之間穿梭，以便穩妥地堆積在里面。如果你緩慢充電，鋰離子有足夠的時(shí)間在板條箱里找到自己的位置。但是，如果充電過(guò)快，或者充電過(guò)度，鋰離子就會(huì )在板條箱外面堆積起來(lái)。然后，每次充電時(shí)鋰離子都會(huì )自我堆積，形成被稱(chēng)為“樹(shù)突”的針狀結構，它們可以導致短路電池。
電池事故的另一個(gè)常見(jiàn)原因是制造商試圖通過(guò)提高電壓使電池儲存更多電能。電壓就像瀑布的高度，而電流就像流水的水量，瀑布越高，下面的流水就越多。同理，電壓越高，電池里存儲的電能就越多。所以，制造商試圖通過(guò)在電池中加入像鎳元素（或其他元素）使電壓升高。但是，電壓越高，電解質(zhì)越容易產(chǎn)生化合作用，從而導致起火或爆炸。
一些科學(xué)家正在試圖開(kāi)發(fā)一種不容易起火的電解質(zhì)。這些電解質(zhì)被稱(chēng)為“離子液體”。Nohms Technology公司的首席技術(shù)官Surya Moganty表示，與一般電解質(zhì)相比，“離子液體”需要更多的熱量才會(huì )形成可燃氣體。這種新型電解質(zhì)要安全得多，但也有可能縮短電池續航時(shí)間。
電池技術(shù)在不斷進(jìn)步，但它的發(fā)展速度還趕不上我們對電池充電速度和續航時(shí)間的要求。手機制造商應該記住這一點(diǎn)，不要以安全為代價(jià)來(lái)滿(mǎn)足我們的要求。
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