在研發階段,通常很難對電池進行測試。當然,你可以測量電壓、電荷流量和溫度,甚至是實體尺寸的變化,但在那之後,就很難看到內部究竟發生什麼了。然而,由於研究人員對於改善電池技術有著濃厚的興趣,使其在不斷地研究與探索中突破限制,從而獲得真正深入的瞭解。

例如,我最近剛好拜讀了倫敦大學學院(University College London;UCL)一個研究團隊所發表的一系列文章和一篇學術論文,清楚地介紹了電池測試界通常能夠看到其他人無法看到的極端情況。該研究團隊開發了一款複雜的設置,能夠即時針對鋰離子電池進行內部電腦斷層掃描(CAT),讓研究人員們順利看到內部發生的情況,如圖1所示。

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圖1:(a)安裝在旋轉台上的電池密封設計剖面圖,用於進行即時X射線CAT掃描;(b)設備熱失控實驗的設置;(c)以3D重建2.6A-hr電池(Cell 1)的XY、YZ和XZ平面之切片以及隔離的XY切片;(d)以3D重建2.2A-hr電池(Cell 2)之XY、YZ和XZ平面之切片以及隔離的XY切片(來源:University College London & Nature)

研究人員的目的在於詳細瞭解這些電池令人遺憾且眾所周知難以解釋的一面:它們在某些情況下會出現過熱和爆炸/著火的傾向,這種情況被戲劇性地稱為熱失控(thermal runaway),但這樣的形容一點也不為過,如圖2。這種情況已經多次發生在大型和小型電池組了,例如波音夢幻客機787 (Boeing Dreamliner)、懸浮板,甚至是未充電中的筆記型電腦。

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圖2:(a)熱失控後的Cell 2外部視圖,顯示爆破封蓋和突出的內部內容物。黑色標記表示相應斷層圖底部切片的起點;(b) 3D重建顯示隔離的銅相(黃色)、其他破碎的材料(半透明深灰色),以及銅相大部份仍然完好無損的電池外殼(藍色)(來源:University College London & Nature)

研究人員聲稱,他們開發這種即時可視性是一種「測試先行」(test first)的想法。當然,我會相信他們說的話。但他們究竟如何進行以及做了些什麼?他們發現了什麼?這些應該都會是令人感興趣的事,畢竟它並不只是借用了CAT掃描儀這麼簡單而已。而且,圖中還有一個同步加速器以及看起來很有趣的夾具。

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圖3:電池熱失控的3D影像(來源:University College London)

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