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换句话说,如果能找到一种液体,不容易气化,那么,就可以杜绝电池燃烧事故的发生。
从另一个角度我们可以看到:在大型车辆中使用的蓄电池,其发生故障的可能性是非常高的。
一块普通电池模块的规格为100AH/3.2V,如果用于驱动轿车,驱动电压约为72-150伏特,大概需要组合20-30个这样的电池模块;而如果用于驱动公交大巴,驱动电压约为200-500伏特,则需要组合70-170个这样的电池模块!即使每个电池模块的合格率高达99.9%,由170块电池组成的电池包其整体合格率也只有84%!换句话说,如果一个公交车队保有100台公交大巴,那么其中可能就有十几台是存在电池燃烧事故隐患的!
我们知道,目前人类在常温下所经常接触到的液体物质(不包括液体元素)只有两种:水(及其溶液)和有机溶剂。而在上面的叙述中可以想像得到:如果局限于使用由这两种液体制造的传统电解液,蓄电池的发展已经遇到了瓶颈。
三、发现了新型液体
在这种状况下,一种新型液体——离子液体(Ionic Liquids)进入了研究者的视线。
离子液体是呈液态的盐(化学分类上的“盐”,有别于日常生活中的“食盐”)。一般来讲,在摄氏100度以下(也有摄氏150度以下的分类标注)为液态的盐被称为离子液体。其中,特别是在常温常压下处于液态的离子液体被称为“常温离子液体”(RTIL,Room Temperature Ionic Liquid)。
实际上,离子液体在20世纪的50年代即被发现。但因当时并没有找到安定性比较好的组合而被束之高阁。20世纪90年代,随着高蓄电能力的蓄电池的开发,为找到新的更好的电解液,离子液体再次受到瞩目。同时,随着研究的深入,在各种各样的样本不断产生的同时,离子液体的量产化技术也逐渐确立,而被称为“梦幻般的新材料”。
通过改变离子液体的阴阳离子的组合,可以得到不同的离子液体。目前,从发表的论文看,约有1,300种左右。但在理论上,离子液体约有10^18种。
离子液体最大的特点在于,其本身具有许多水系溶剂和有机溶剂所没有的优点:
1. 离子液体具有较高的离子导电率;
2. 在比较大的温度范围内(-30℃~+300℃)可以维持稳定的液体状态,耐热性很强;
3. 具有较低的蒸汽压,因而具有不易燃烧的特性;
4. 一般的离子液体具有不挥发性,因此化学反应后的分离和再利用比较容易。可以用来作为化学反应的环境物质或催化剂;
5. 离子液体的黏度较低;
6. 在某些阴阳离子组合下,离子液体无法与水或有机溶剂相互溶解。当将其混合时,会发生相分离。所以在有些场合,离子液体被称为“第三种液体”。
从离子液体的种种特性来看,将其作为蓄电池的电解液,可以说是顺理成章的。
四、国外在蓄电池用离子液体方面的研究
仅将蓄电池的电解液换成离子液体是不行的。一方面,离子液体的阴阳离子之间的化学键比较强,限制了电解液中的电荷移动;另一方面,在蓄电池的阳极和阴极表面会产生离子液体的分解反应,导致在电极和离子液体之间产生界面,同样会妨碍电子的流动。其结果,和现在使用的锂离子蓄电池相比,使用离子液体的蓄电池电能输出密度(W/kg)较低,电池本身的性能也会降低。
针对这些问题,目前国外的对于离子液体的研究主要集中在以下几个方面。
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