盡管電動(dòng)汽車非常先進(jìn)，但是其動(dòng)力來(lái)源是一個(gè)致命弱點(diǎn)。電動(dòng)汽車中常用的電池類型之一便是鋰離子電池，但是因碰撞或是其他對(duì)汽車施加的沖擊會(huì)導(dǎo)致鋰離子電池起火或爆炸，沖擊會(huì)導(dǎo)致電極內(nèi)部短路，因“熱失控”，小火會(huì)蔓延至整個(gè)電池以及汽車的其他部分。
美國(guó)阿克倫大學(xué)高分子科學(xué)副教授Yu Zhu博士表示：“盡管大家在電池?zé)峁芾矸矫嬉呀?jīng)做出了很大的努力，但是最近電動(dòng)汽車電池起火和爆炸的事故還是讓公眾很擔(dān)憂。在大多數(shù)情況，電池只有受到外部沖擊或撞擊等不正常的情況下，才會(huì)著火。”
Zhu博士和其高分子科學(xué)和高分子工程學(xué)研究生團(tuán)隊(duì)合作，通過(guò)創(chuàng)造一個(gè)“剪切增稠”電解質(zhì)(一種能夠在沖擊下變得更加濃稠的物質(zhì))，以提升鋰離子電池的安全性。該電解質(zhì)放置在陽(yáng)極和陰極之間，使陽(yáng)極和陰極能夠抗擊沖擊，因而在任何碰撞事故下，都不會(huì)引起電池起火或爆炸。而在正常情況下，該新型電解質(zhì)會(huì)保持柔軟狀態(tài)。
Zhu博士表示：“電動(dòng)汽車中鋰離子電池的陽(yáng)極和陰極被一個(gè)非常柔軟的薄膜以及液體電解質(zhì)分離開(kāi)，只將液體電解質(zhì)替換成固體電解質(zhì)仍是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)，因?yàn)榇藘煞N電解質(zhì)都是多孔結(jié)構(gòu)，需要液體填充孔隙。因此，我們?cè)谡Ｇ闆r下，仍使用類似液體的電解質(zhì)，但是在沖擊情況下，該液體電解質(zhì)可以增強(qiáng)自己的機(jī)械強(qiáng)度，因此，我們研發(fā)出剪切增稠電解質(zhì)。”
可以將該電解質(zhì)想象成水與面粉的混合物，當(dāng)用手慢慢攪拌面粉和水時(shí)，會(huì)感受到一絲阻力。但是，如果加快攪拌速度，會(huì)明顯感覺(jué)到很大的阻力。事實(shí)上，保齡球可以在水與面粉形成的表面上反彈回來(lái)，水與面粉組成的表面在受到?jīng)_擊的情況下，表現(xiàn)猶如固體。
具有此種特性的液體稱為膨脹物，是一種非牛頓流體。如果電解質(zhì)也是一種膨脹物，則其可在電池受到外部沖擊時(shí)，防止電池短路。但是，制成剪切增稠電解質(zhì)可比混合面粉和水要困難得多了，因?yàn)殡娊赓|(zhì)的成分很復(fù)雜，包含不同的離子、溶劑和各種添加劑。
Zhu表示：“在初步研究中，我們展示了一種改性低成本玻璃纖維，能夠生產(chǎn)剪切增稠電解質(zhì)，而此類電解質(zhì)可與商用鋰離子電池兼容，表現(xiàn)出非常好的抗沖擊性能。與傳統(tǒng)的液體電解質(zhì)相比，此類剪切增稠電解質(zhì)不會(huì)顯著降低鋰離子電池的性能。在受到?jīng)_擊時(shí)，該電解質(zhì)會(huì)立刻成為固體，并且會(huì)因剪切增稠效應(yīng)，產(chǎn)生更大的力以對(duì)抗外部沖擊。該解決方案可作為電池組外部熱管理系統(tǒng)的補(bǔ)充方案，因?yàn)殡姵亟M外部熱管理系統(tǒng)往往無(wú)法應(yīng)對(duì)電池突然遭受外部沖擊的情況。”
此外，Zhu表示該研究非常新穎，可以提升鋰離子電池的安全性，特別是提升用于電動(dòng)汽車的鋰離子電池的安全性。而且，該剪切增稠電解質(zhì)還可用于其他用途，如用于防彈儲(chǔ)能設(shè)備。
