團(tuán)隊(duì)成員正在做研究
□楚天都市報(bào)極目新聞記者 李碗容 通訊員 高翔
在剛舉行的第十七屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中，華中科技大學(xué)《安“燃”無恙——一種新型安全電池》項(xiàng)目獲得最高獎(jiǎng)項(xiàng)“星系”級作品榮譽(yù)。據(jù)介紹，該項(xiàng)目研發(fā)出了高性能、低成本且絕不燃燒爆炸的安全電池，未來有望用于大規(guī)模儲能，可幫助緩解用電緊張。
電池在重力作用下自動形成
這種神奇的電池長什么樣？10月25日，極目新聞記者在華中科技大學(xué)軟件學(xué)院看到，電池外表看起來像一杯奶茶，實(shí)驗(yàn)器材裝著白色和暗黃色液體，頂部有一根類似吸管的黑色物體插在實(shí)驗(yàn)器材中，不斷攪拌著液體。
該學(xué)生團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人孟錦濤博士介紹，這種全新電池叫對流增強(qiáng)型自分層電池，電池底部是鋅負(fù)極，中間為水性電解液，頂部是有機(jī)正極液，將電池槽打開倒入各成分，電池在重力作用下自動形成，10秒完成組裝。組裝后液體物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)即可釋放電能，實(shí)現(xiàn)電能儲存，“我們的電池可以快速組裝完成，原材料較便宜，制造成本很低，僅為鋰電池的三分之一，十分安全，可以說絕不會燃燒爆炸?！?
如何做到絕不會燃爆？團(tuán)隊(duì)成員李思達(dá)解釋，這種電池沒有隔膜，傳統(tǒng)電池里的隔膜易破損，會導(dǎo)致正負(fù)極短路，進(jìn)而產(chǎn)生燃爆，“我們團(tuán)隊(duì)選取電池原材料的這兩種液體是不混溶的，不管如何攪動，在重力作用下很快就會自動分層。所以我們的電池沒有隔膜?！蓖瑫r(shí)，該電池內(nèi)含水且沒有易燃易爆物質(zhì)，攪拌槳使得電池內(nèi)部熱量均衡，熱量可以均勻分散掉，降低危險(xiǎn)。
李思達(dá)向記者展示了實(shí)驗(yàn)視頻，只見實(shí)驗(yàn)人員用工具攪拌電池內(nèi)的液體，攪拌越快，所連接的照明燈越亮，“這是我們團(tuán)隊(duì)獨(dú)創(chuàng)的技術(shù)，攪拌槳能促進(jìn)電池中的電化學(xué)反應(yīng)，讓電池性能更好。”
千余種方案中找到電池配方
“團(tuán)隊(duì)最初有一個(gè)思考，為什么現(xiàn)在的電池都是一層一層薄膜，然后壓得很緊，又是固體，感覺很硬朗。我們想以柔克剛?！泵襄\濤介紹，他們?yōu)榇说教幾咴L調(diào)研、埋頭閱讀文獻(xiàn)、扎根實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，在老師的指導(dǎo)下最終決定通過化學(xué)物質(zhì)搭配制作液態(tài)電池。
這項(xiàng)工作最大的難題是找原材料，找到上百種原材料，還不能單一使用，要自己搭配?！熬透渌帯粯?，我們把不同的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行搭配，再實(shí)驗(yàn)測試其可行性?！崩钏歼_(dá)說，上百種化學(xué)物質(zhì)，團(tuán)隊(duì)搭配了上千次。
有時(shí)團(tuán)隊(duì)一天可以做出三四種搭配方案，配方做好后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，檢測其充放電性能。為檢測化學(xué)物質(zhì)的穩(wěn)定性，一個(gè)配方的實(shí)驗(yàn)就需要幾個(gè)月?！罢遗浞降倪^程很難，我也試過去做但都失敗了。這些學(xué)生堅(jiān)持并找到不錯(cuò)的化學(xué)物質(zhì)，很不錯(cuò)。”該校材料科學(xué)與工程學(xué)院副教授沈越說。
2018年末，團(tuán)隊(duì)終于從上千個(gè)配方中找到了一種叫TEMPO的有機(jī)小分子，性能十分穩(wěn)定，通過特定的化學(xué)策略使其具有疏水性，就不會溶于水。取得第一步成功后，團(tuán)隊(duì)繼續(xù)在電池結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)兩方面探索?！疤焯煸趯?shí)驗(yàn)室做研究是常態(tài)，晚上10點(diǎn)多甚至更晚離開實(shí)驗(yàn)室也是家常便飯。2017年到現(xiàn)在，我們團(tuán)隊(duì)一直在做這件事情?！泵襄\濤回憶。
一路探索，該項(xiàng)技術(shù)不斷成熟，他們也受到了鋰離子電池發(fā)明人、諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主John B. Goodenough的高度評價(jià)。記者看到約翰·古迪納夫在書信中寫道：“對流增強(qiáng)型自分層電池是一場革新，和現(xiàn)有主流電池架構(gòu)截然不同?！毙胖羞€提到，該電池具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，其非常適用于電站儲能。
未來發(fā)電站居民均可使用
這項(xiàng)技術(shù)未來將怎樣出現(xiàn)在我們生活中？孟錦濤介紹，該電池未來將主要用于電站儲能，幫助緩解用電緊張。
“目前我國是以火力發(fā)電為主，太陽能和風(fēng)能等新能源發(fā)電具有間歇性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，什么時(shí)候有風(fēng)什么時(shí)候出太陽，我們無法控制。因此需要儲能技術(shù)調(diào)節(jié)能量輸入與輸出，新能源的運(yùn)用核心也在于低成本的存儲技術(shù)?！鄙蛟奖硎?。
我國如今大規(guī)模儲能的電池主要還是鋰離子電池和鉛酸電池，均存在成本較高和有潛在燃爆風(fēng)險(xiǎn)等問題。因此，該團(tuán)隊(duì)所研發(fā)的新型儲能電池將在這一領(lǐng)域有極大的用武之地。
孟錦濤介紹，團(tuán)隊(duì)未來或?qū)㈦姵胤譃榇笮?、中型和小型三大類，大型就是發(fā)電站，中型主要面向企事業(yè)，小型則面向普通民眾，未來家用儲能電池也可能在國內(nèi)推廣使用。
