新研究称，纳米钻石可以防止锂电池起火

研究人员发现，纳米金刚石-比头发直径小10,000倍的微小金刚石颗粒-可以防止广泛用于从手机到笔记本电脑的移动设备中的锂电池短路和起火。新工艺可以将电解质溶液 (大多数电池的关键成分) 转变为防止化学过程导致电池相关灾难的保护措施。

在发表在《自然通讯》杂志上的这项研究中，研究人员描述了一种过程，通过这种过程，纳米钻石可以减少电化学沉积，称为电镀，这可能导致锂离子电池的危险短路。

美国宾夕法尼亚州费城德雷克塞尔大学 (Drexel University) 教授Yury Gogotsi说: “我们预计我们提出的技术的首次使用将是在不太关键的应用中，而不是在手机或汽车电池中。”

Gogotsi补充说: “为了确保安全，电解质的添加剂 (例如纳米金刚石) 需要与其他预防措施相结合，例如使用不易燃的电解质，更安全的电极材料和更坚固的隔板。”

随着电池的使用和充电，电化学反应导致离子在电池的两个电极之间移动，这是电流的本质。随着时间的流逝，离子的这种重新定位会产生类似卷须的堆积-几乎就像在洞穴内形成的钟乳石一样。这些电池堆积，称为树突，是锂电池故障的主要原因之一。

随着时间的推移，树枝状晶体在电池内部形成，它们可以达到推动通过隔膜的点，隔膜是一种多孔聚合物膜，可防止电池的带正电的部分接触带负电的部分。当隔膜破裂时，可能会发生短路，这也可能导致火灾，因为大多数锂离子电池中的电解质溶液是高度易燃的。

为了避免枝晶形成并最大程度地减少着火的可能性，当前的电池设计包括一个由填充有锂而不是纯锂的石墨制成的电极。使用石墨作为锂的主体可以防止枝晶的形成。但是锂插层石墨的能量也比纯锂少10倍。

新研究表明，通过100充放电循环，将纳米金刚石混合到锂离子电池的电解质溶液中会将枝晶形成减慢为零。该发现意味着可以大大增加能量存储，因为可以消除纯锂电极中的枝晶形成。Gogotsi指出，这一发现只是一个过程的开始，该过程最终可能会看到电解质添加剂 (如纳米钻石) 被广泛用于生产具有高能量密度的安全锂电池。