鋰離子電池過熱并爆炸的時候會發(fā)生什么？據(jù)物理學家組織網(wǎng)29日報道，英國倫敦大學學院領導的科研小組首次用復雜的三維圖像將電池爆炸時其內(nèi)外發(fā)生的情況追蹤下來。
理解鋰離子電池為何會爆炸以及其潛在危險連鎖反應，對增強其安全使用和完善運輸過程的設計非常重要。每年，數(shù)以億計的可充電電池都會被生產(chǎn)并運輸?shù)街付ㄎ恢?，它們是為代表現(xiàn)代生活的手機、電腦、汽車和飛機提供電力不可或缺的一部分。盡管電池爆炸很少見，但是今年早些時候，三家航空公司宣稱他們將不再允許貨倉中攜帶鋰離子電池，因為美國聯(lián)邦航空管理局測試發(fā)現(xiàn)，電池可能導致過熱甚至引發(fā)重大火災。
倫敦大學學院、歐洲同步輻射實驗室、倫敦帝國理工大學和英國國家物理實驗室對此共同研究的成果，發(fā)表在29日出版的《自然通信》雜志上，第一次實時演示了鋰離子電池內(nèi)部結構損壞變化過程。
論文第一作者、倫敦大學學院化學工程博士生多納爾·法恩說：“我們將兩種不同類型的鋰離子電池暴露于異常高的溫度中，結合高能加速器X射線和熱成像技術，對電池內(nèi)部結構和外部溫度變化進行成像。借助光子高通量快速成像探測儀，其捕捉三維圖像的速度可達幾分之一秒，我們拍攝了電池過熱并點燃的‘熱失控’瞬間。”
研究小組考察了在將兩塊商用鋰離子電池暴露于超過250攝氏度的環(huán)境中時，氣孔形成、通風和增加的溫度對其內(nèi)部層結構的影響。
結果顯示，電池內(nèi)部支持結構在“熱失控”之前一直保持完好，但就在“熱失控”爆發(fā)的瞬間，內(nèi)部的銅材料融化導致溫度升高至1000攝氏度。熱量從內(nèi)部傳遞到外部直接導致了“熱失控”。
相反，沒有內(nèi)部支持結構的電池在爆炸瞬間導致整個電池外殼與內(nèi)部分離，在“熱失控”之前，緊密連接的電池核心也崩潰了，增加了內(nèi)部短路和損毀附近物體的風險。
此前，科研人員使用的X射線計算機斷層掃描（CT）只能用靜態(tài)圖像分析電池失效機理，在正常工作條件下監(jiān)測電池變化。
論文另一作者保爾·希爾潤說：“盡管我們只研究了兩塊商用電池，但結果顯示這種實時追蹤電池損毀三維圖像的方法多么有用。希望通過使用我們的方法，電池安全性能的設計能力可以被評估和改進。”
研究人員計劃研究更多電池樣本，并探尋導致電池大面積失效的微觀層面原因。
