據科學日報報道，美國密歇根大學發明的最新電池技術應該可以阻止例如2013年導致波音787夢想航班觸地的大火。這一創新是鋰離子電池電極之間更高級的隔離。利用從芳綸——防彈衣里的堅硬材料——中提取的納米纖維制成的隔離抑制了金屬卷須的生長，后者可能會變成電流不需要的通道。
這些來自密西根大學的研究人員也成立了總部位于美國密歇根州安阿伯市的Elegus Technologies科技公司，將這項研究從實驗室推廣至市場。預計將于2016年第四個季度開始大批量生產。
“與超強材料，如碳納米管有所不同，芳綸是絕緣體。” 約瑟夫B.佛羅倫薩V. 塞加卡工程學教授尼古拉斯·克托弗(Nicholas Kotov)這樣說道。“這一特性對于需要防止兩極之間短路的隔板來說太完美了。” 克托弗是化學工程、生物醫學工程、材料科學與工程以及高分子科學和工程教授。
鋰離子電池的工作原理是將鋰離子從一個電極運到另一個電極。這會產生電荷不平衡，由于電子無法穿過兩極之間的膜，因此它們只能穿過回路。但是，如果膜的孔太大了，那么鋰原子會自我堆積形成名為樹突的羊齒狀結構，后者最終會穿透膜。如果它們到達另一個電極，電子將在電池內形成一個通道，從而導致短路。據稱這就是波音787電池著火最初的原因。
“想要阻止羊齒形狀的形成非常難，因為它們有納米級別的小尖端，” 克托弗實驗室的研究生、Elegus首席科技官蕭小東(Siu On Tung)這樣說道。“這些纖維膜形成比尖端更小的孔是非常重要的。”
雖然其它膜的孔的寬度只有幾百納米，或者少數能達到10萬分之一厘米，密歇根大學科研小組研發的芳綸纖維膜的孔只有15-20納米寬。這樣大小的孔足以讓單個鋰離子通過，但卻又能阻擋羊齒狀結構20-50納米寬的尖端。研究人員通過將纖維彼此堆疊形成了這一特殊的芳綸纖維膜。這種方法保證了鏈條狀的分子位于塑料的伸出部分，這對兩極之間的良好鋰離子導電性來說非常重要。
“這一材料的特殊特性在于我們可以把它變得非常薄，這樣我們就能從相同大小的電池中獲得更多能量，或者可以縮小電池大小。”工程師丹·范德萊(Dan VanderLey)這樣說道，他通過密西根大學碩士企業家項目幫助成立了Elegus。“我們發現了很多人對生產更薄的產品具有濃厚的興趣。”目前已經有三十家公司要求獲得這一材料的樣本。
芳綸的抗熱性也將導致產生更安全的電池，因為新研發的芳綸纖維膜能夠比大多數目前使用的膜更好的抵抗大火。雖然研究小組目前對這一膜阻擋鋰樹突的能力表示滿意，但他們仍在尋找增強鋰離子流動的方法，使得電池能夠更快速的充電和釋放能量。這項研究被發表在1月27日的期刊《自然通信》上。
這項研究主要得到了美國自然科學基金會旗下化學、生物工程、環境和運輸系統及創新公司的資金支持，其它資助還來自海軍研究辦公室和空軍科研辦公室。
(關鍵字：鋰電池)
