鋰離子電池很容易著火，必須使用嗎?閱讀與生活密切相關(guān)的電池知識

假如電池要再次改變我們的生活，有三個問題要解決:電力、能源和安全。

電動飛機可能成為特種業(yè)的未來。從理論上講，電動飛機比傳統(tǒng)飛機更安靜、更便宜、更環(huán)保。假如一架電動飛機一次充電就能飛行1000公里，它就能完成當今近一半的商業(yè)飛行，并將全球特種碳排放減少15%。

電動汽車也是如此。事實上，電動汽車不僅環(huán)保，而且性能更好。電機噪音小，可以快速響應司機的指令。給汽車充電比燒油便宜多了。電動汽車的移動部件更少，維護成本更低。

為何電動汽車還沒有普及呢?因為電池太貴了，所以買一輛電動汽車的前期成本比買一輛類似的汽油動力車要高。除非你一直開車，否則省下的汽油不足以支付你的前期成本。簡而言之，電動汽車還不夠經(jīng)濟。

電池還不能通過重量或體積為客機供應動力。人類要在電池技術(shù)上取得突破，才能真正普及。

便攜式電池設備改變了我們的生活，但電池受到物理定律的限制。在1799年發(fā)明了第一塊電池的兩個多世紀后，我們一直在研究它，但科學家們?nèi)匀徊煌耆私庠O備內(nèi)部的情況。我們只了解，假如我們想讓電池再次改變我們的生活，有三個問題要解決:電力、能源和安全。

沒有通用的鋰離子電池

每個鋰離子電池有兩個極:一個陰極和一個陽極。大多數(shù)鋰離子電池的正極是由石墨制成的，而負極則由多種材料制成，具體取決于電池的使用場合。從下圖中可以看出不同陰極材料對電池性能的影響。

權(quán)力挑戰(zhàn)

很多時候，我們把能量和能量混在一起，但是在電池上，這兩個詞的意思略有不同。功率表示能量釋放的速率。我們稱之為權(quán)力。

假如你想讓一架商用飛機一次充電飛行1000公里，你要強大的電池，在很短的時間內(nèi)釋放足夠的能量，尤其是在起飛的時候。所以，它不足以在電池中儲存很多能量，它必須很快被釋放出來。

假如你想解決電源問題，你要更多地了解一些商業(yè)電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。我們總是大肆宣傳新的電池技術(shù)，重要是因為我們不關(guān)注細節(jié)。

我們使用的電池中最常見的化學物質(zhì)是鋰離子。大多數(shù)專家認為，沒有其他化學物質(zhì)能夠在10年或更長的時間內(nèi)打敗鋰超粒子。鋰離子電池有兩個電極(陰極和陽極)，一個隔膜(一種傳導離子而不是電子以防止短路的材料)，一個隔膜在中間，一個電解質(zhì)(通常是液體)允許鋰離子在兩極之間來回流動。當電池充電時，離子從陰極流向陽極，當電池放電時，離子向相反的方向移動。

把它想象成兩個面包，一個在左邊是陰極，另一個在右邊是陽極。讓我們假設陰極是由鎳、錳和鈷板(NMCS)組成的，陽極是由石墨構(gòu)成的，石墨作為一層又一層的碳原子。

在放電狀態(tài)下，NMC面包夾在鋰離子層之間。當電池充電時，鋰離子從夾層中被提取出來，并強行通過液體電解質(zhì)。分離器確保只有鋰離子可以通過石墨層。當電池充滿電后，陰極就沒有鋰離子了，鋰離子整齊地排列在石墨塊之間。當電池釋放能量時，鋰離子流回陰極，直到陽極沒有鋰離子。那就是我們要重新充電的時候。

本質(zhì)上，電池的功率是由它處理的速度決定的。加快速度不是那么容易的。假如鋰離子從陰極中提取得太快，就會損壞陰極層。因此，手機、筆記本電腦或電動汽車使用的時間越長，電池壽命就越短。每次充電和放電，面包屑都會變得脆弱。

許多公司正在尋找更好的解決方法。一種想法是用更強的東西代替電極層。例如，瑞士電池公司Leclanche正在開發(fā)一種以鋰鐵磷酸鹽(LFP)為陰極，橄欖狀結(jié)構(gòu)，鈦酸鋰氧化物(LTO)為陰極的技術(shù)