電池爆炸，手機(jī)召回！鋰電池缺陷曾讓全球智能手機(jī)巨頭深陷“電池門(mén)”，人們對(duì)手機(jī)電池自燃、爆炸進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)憂心忡忡……那么，什么電池可以告別爆炸，又保障充足電力？

在周三（19日）即將開(kāi)幕的第20屆中國(guó)國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)上，華東師范大學(xué)帶來(lái)一種“鋅+碘”新型安全動(dòng)力電池，亮相工博會(huì)高校展區(qū)。隨著研究開(kāi)發(fā)推進(jìn)，無(wú)污染、高安全、長(zhǎng)壽命且具有合適充電時(shí)間的新型鋅碘電池，可以應(yīng)用于日常生活、交通出行等各個(gè)領(lǐng)域。而且，這種電池還可以做成柔性狀態(tài)，可能完全改變數(shù)字化生活。

電池裝配組件，內(nèi)加電解液，紅色為電池正極

無(wú)毒性：鋅碘水溶環(huán)境友好

“今日空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）300，應(yīng)適當(dāng)減少室外活動(dòng)……”在大氣污染形勢(shì)依然嚴(yán)重的今天，人們對(duì)空氣質(zhì)量的關(guān)注度日益升溫，實(shí)時(shí)關(guān)注PM2.5成為“剛需”。在所有污染源中，汽車(chē)尾氣對(duì)PM2.5的貢獻(xiàn)率不容小覷，社會(huì)呼喚采用電動(dòng)車(chē)逐步替代燃油車(chē)。于是，這對(duì)車(chē)用電池提出了新要求：電池的生產(chǎn)、使用、回收等各個(gè)環(huán)節(jié)都需要環(huán)保，而且要有足夠大的儲(chǔ)能密度和功率密度，還有電池的充電時(shí)間要合適，比如能在10分鐘至1個(gè)小時(shí)范圍內(nèi)充滿。

對(duì)此，華東師范大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院研究員、博士生導(dǎo)師王連衛(wèi)進(jìn)行著各種電池的優(yōu)缺點(diǎn)比選。他表示，目前研究比較多的仍是鋰離子電池，此外鋰空氣電池、石墨烯電池也是關(guān)注熱點(diǎn)，然而，“這一類電池主要使用的是易燃的有機(jī)電解液。”安全問(wèn)題始終是電池繞不開(kāi)的問(wèn)題，盡管也有研究人員在探索無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)，如“鋰砱氧氮”等，但目前電阻較大，還無(wú)法在車(chē)用動(dòng)力電池中使用。

課題組成員裝配的柔性鋅碘電池初期樣品

不僅手機(jī)，許多因電動(dòng)車(chē)電池爆炸或損壞造成的安全事故也是觸目驚心的。王連衛(wèi)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，其實(shí)，人們熟悉的鋅和碘都是環(huán)境友好材料，碘化鋅（ZnI2）水溶液無(wú)毒且不易燃燒，所以由碘和鋅組成的鋅碘電池也是符合環(huán)保要求的。已有研究表明，這種電池的能量密度已經(jīng)超過(guò)常用的磷酸鐵鋰電池，應(yīng)是很有前途的電池。但他們遇到的最大挑戰(zhàn)在于，已見(jiàn)報(bào)道的鋅碘電池都是液流電池，這種液流的架構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且體積龐大，很難應(yīng)用于日常生活。

長(zhǎng)壽命：過(guò)放電也能自修復(fù)

理想“豐滿”，現(xiàn)實(shí)“骨感”，為此華東師大王連衛(wèi)課題組必須對(duì)傳統(tǒng)意義上的鋅碘電池進(jìn)行大刀闊斧的“改革”。他們多年來(lái)在電極材料、電池隔膜、電池整體結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行大量探索，在鋅溴電池及鋅碘電池領(lǐng)域研究成果的豐厚基礎(chǔ)上，課題組研究發(fā)現(xiàn)，這類新型電池的充放電過(guò)程中，導(dǎo)致了電池內(nèi)離子交換膜的兩邊產(chǎn)生壓差，如不采取附加的液流架構(gòu)，電池結(jié)構(gòu)就可能不穩(wěn)定，甚至被損壞。

經(jīng)過(guò)不斷實(shí)驗(yàn)探索，課題組采用人工修飾的回流通道，成功解決了這一老大難問(wèn)題。王連衛(wèi)向解放日?qǐng)?bào)·上觀新聞?dòng)浾哒故玖藘蓮垐D，進(jìn)行前后對(duì)比：第一張圖顯示傳統(tǒng)型的鋅碘電池工作原理，電池主體的兩邊各有液流架構(gòu)，分別是藍(lán)色液體代表的鋅離子，和紅色液體代表的碘離子；而第二張圖則是改進(jìn)型鋅碘電池的工作原理，可以看出這種新結(jié)構(gòu)電池舍去了液流架構(gòu)，體積相應(yīng)減小，可用性則增加，比如可用于照明、電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域。

液流結(jié)構(gòu)鋅碘電池工作原理圖

經(jīng)過(guò)改進(jìn)的鋅碘電池工作原理圖

王連衛(wèi)等還研究發(fā)現(xiàn)，這種電池具有自修復(fù)特性，即使過(guò)度放電，也可以恢復(fù)。他表示，鋅碘電池有較好的充放電循環(huán)特性，可以做多次循環(huán)。比如，美國(guó)西北大學(xué)已有研究表明，在液流電池上的充放電循環(huán)已經(jīng)可以超過(guò)4500次。課題組預(yù)計(jì)非液流電池的差別不會(huì)太大，“可以說(shuō)鋅碘電池是一種長(zhǎng)壽命電池。”

有柔性：可彎可折又可穿戴

課題組預(yù)期，由于鋅碘電池本身具有較高的容量且使用的主要材料并非易燃易爆之物，其研發(fā)成功和投入應(yīng)用，不僅可取代對(duì)壞境有害的鉛蓄電池在日常生活中的大量使用，也可促進(jìn)安全性車(chē)用電池研發(fā)，還可以用它來(lái)替代易發(fā)生電池安全事故的鋰電池，真正做到綠色出行、安全消費(fèi)。

課題組成員在裝配電池

值得注意的是，從鋅碘電池工作原理可見(jiàn)，如果電池包裝材料全部換成柔性材料，它仍然可以工作。“這意味著，我們可以制作可彎曲的柔性鋅碘電池，滿足當(dāng)下柔性電子產(chǎn)品、可穿戴設(shè)備的快速發(fā)展需求。”王連衛(wèi)表示，事實(shí)上，正是因?yàn)閭鹘y(tǒng)電池是剛性的，在彎曲、折疊時(shí)，容易發(fā)生嚴(yán)重安全問(wèn)題；而柔性鋅碘電池在保持良好柔性同時(shí)，仍能保持原有的能量密度，不影響設(shè)備續(xù)航時(shí)間。“柔性電池是柔性電子產(chǎn)品的核心部件，這方面的應(yīng)用前景還很廣闊。”

據(jù)悉，目前課題組正在和滬上電池隔膜研制單位合作，旨在進(jìn)一步降低電池電阻，爭(zhēng)取率先應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)。