手機(jī)再也不爆炸？美國(guó)工程師：木頭做電池更安全

 受樹木結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，美國(guó)馬里蘭大學(xué)的工程師對(duì)木頭進(jìn)行改造，將其作為鋰金屬電池負(fù)極的特殊結(jié)構(gòu)，以此避免某些關(guān)鍵因素導(dǎo)致的電池故障。

鋰離子在可充電電池中移動(dòng)，為手機(jī)，筆記本，甚至是燈泡提供電能。在充滿電的情況下，負(fù)極：鋰金屬膨脹，在電量用盡的情況下，鋰金屬收縮。尺寸上的快速變化會(huì)導(dǎo)致預(yù)料之外的后果，比如鋰金屬表面鋰的增多。這些損壞隨著時(shí)間累積，將導(dǎo)致嚴(yán)重的安全隱患，如過(guò)熱或著火。對(duì)此，博士生Ying Zhang提出了一種新的設(shè)計(jì)，能提升電池的能量密度，增加電池容量，并同時(shí)降低電池過(guò)熱風(fēng)險(xiǎn)。

這種新型電池并非使用金屬塊存儲(chǔ)鋰離子，而是將其存儲(chǔ)在木材中的天然通道中，這些通道曾被植物用于運(yùn)輸水和養(yǎng)分。

木材就像是旅館，提供了大量房間(通道)，能夠容納許多住客(鋰金屬)。隨著鋰金屬“住客”進(jìn)入木質(zhì)旅館，旅館能容納所有住客，將他們舒服、安全地安置在每個(gè)房間內(nèi)，同時(shí)維持木頭的外部結(jié)構(gòu)。每個(gè)房間內(nèi)容納的住客可多可少，但總體結(jié)構(gòu)不會(huì)被破壞或者坍塌。

這樣做出來(lái)的電池十分安全，可進(jìn)行快速的充電和放電。工程師們用電流密度對(duì)電池進(jìn)行度量，即鋰金屬在表面聚集的速度，高電流密度相當(dāng)于木頭旅館客流量較大，但當(dāng)旅館門口堵塞時(shí)可能出現(xiàn)一些問(wèn)題。通過(guò)簡(jiǎn)單地增加供鋰離子通行的門的數(shù)量可以避免這個(gè)問(wèn)題，這正是該研究中使用的方法。雖然同一時(shí)間鋰金屬客人通行的總量不變，但每個(gè)門經(jīng)過(guò)的客人數(shù)目很少，即局部電流密度較小。通過(guò)利用木頭主人每個(gè)通道內(nèi)具備的較大表面積，可降低局部電流密度，使得鋰金屬的受控移動(dòng)更加容易。

在電池中使用大量鋰金屬箔片是傳統(tǒng)的替代方式，就像只有一個(gè)供客人進(jìn)出的門，這樣的旅館并不穩(wěn)定。當(dāng)電池處于高電流密度的情況下，單個(gè)門不足以應(yīng)對(duì)大流量的客人，因此很容易損壞，導(dǎo)致電池內(nèi)部出現(xiàn)隱患。另一方面，木頭旅館的設(shè)計(jì)，由于其具備大量筆直通道，為住客提供了多個(gè)通行門戶，因此鋰電池可分別進(jìn)入獨(dú)立的通道，即使在高電流密度(3mA/cm2)下也能井井有條，避免了可能導(dǎo)致電池故障的樹形分枝結(jié)構(gòu)。