Dreamliner Troubles yet Lithium Batteries Flying High

2013 年 1 月，波音新型輕型 787 夢幻飛機因兩塊鋰離子電池過熱問題而停飛，導致潛在的火災風險。這些是最近廣為人知但罕見的涉及鋰離子電池的事件——鋰離子電池在我們的現代生活中隨處可見，為手機和筆記型電腦等設備供電。

雖然鋰離子電池相對較新並且具有一些先進的功能，但其工作原理與所有電池的基本原理相同，透過化學反應產生電能。

第一個已知的電池可以追溯到公元前 250 年至公元 640 年。現代伊朗的考古發現包括“帕提亞罐子”，其特徵是一根鐵棒周圍有一個銅圓筒。當充滿電解質（例如醋）時，它會產生小電壓。也許這是用於電鍍的。

雖然罐子的用途有爭議，但電池的發明歸功於亞歷山德羅·沃爾塔（Alessandro Volta，1745-1827）。 1800 年，他示範了伏打電池：在酸性溶液中交替堆疊銅片和鋅片，從而產生電流。他的名字一直存在於電位測量單位——電壓。

此後，各種形式的電池被開發出來，使用的金屬包括鉛、鋅、鎘、鎳和鋰。事實證明，鋰電池特別有吸引力，因為相對於其尺寸而言，它們能產生高功率。這主要是因為鋰原子很小——只有三個質子，只比氫和氦大——而且電位很高，這意味著它們很容易失去電子變成離子。

在充電的鋰離子電池中，陽極材料（通常是碳）內有鋰原子。有一種含有鋰離子的電解質，以及一個含有可以接受鋰離子的化學物質的陰極，從而使整體化學成分更加穩定。當電路連接陽極和陰極時，電子從陽極的鋰流出，鋰離子從碳移動到陰極。

使用外部電源充電可以逆轉這一過程。

概念簡單，但開發鋰離子電池卻充滿挑戰

儘管鋰離子電池的基本概念看似簡單，但鋰離子電池的開發卻充滿挑戰。鋰電池的研究始於 1912 年，但直到 20 世紀 70 年代鋰電池才商業化。索尼公司於 1991 年率先將可充電鋰離子電池商業化。

雖然 Volta 只是將金屬圓盤和電解質堆疊在一起，但鋰離子電池卻不是那麼簡單。透過使用手機或筆記型電腦，您肯定知道這些電池在使用過程中會變熱或變熱。如果放電率太高，它們可能會過熱，可能會爆炸或點燃電解質。因此，電池具有安全功能，包括限壓裝置、熱中斷和釋放多餘壓力的通風口。

即使有這些功能，夢幻客機的電池也遇到了問題。由於每個部件重 63 磅，任何內部火災都可能對客機造成災難性的後果。現在，重新設計的版本據說可以確保防止火災。「每個人都對我們正在做的事情感到非常滿意，」波音商用飛機執行長雷康納本月表示。 “我計劃乘坐第一趟航班。”

增強鋰離子電池的化學研究正在進行中。使用鋰和硫的組合的版本顯示出前景，因為它在給定體積內包含更多的電力。鋰與空氣中的氧氣反應的版本可能更具革命性，也是 IBM 計畫的重點。然而，儘管這個概念很有吸引力，但美國IBM研究院的科技總監告訴彭博社：「我們選擇了風險最大、回報最大的道路。這是一次登月計劃。”