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今年夏天,因近期充电宝自燃、爆破事件频发,民航对此打开严查,一些机场安检口拦下的充电宝堆成了筐。充电宝起火的“元凶巨恶”,和皆宜登上热搜的 “电动车自燃”相同,都是锂离子电池(俗称锂电池)。
在老一辈人的刻板印象中,“电池”要么是驱动玩具、闹钟的小东西,要么是死沉死沉、还要频频替换的“电瓶”。这其实是传统的铅酸电池,其内部以氧化铅和金属铅为正负电极、硫酸溶液为电解液,粗笨又不环保。
而本世纪异军突起的锂电池不同,它的电极(尤其是负极)一般由金属锂或锂化合物制成,有些还选用固态电解质。锂的密度不到铅的1/20,充电、放电功率也更高。一般来说,相同的分量或体积的锂电池,储电量远大于铅酸电池,惯例运用的寿数也更长,还没有重金属和强酸污染。
正因为有了轻盈高效的锂电池,手机才能在功能暴增的一起,从砖头般的“大哥大”减肥成薄薄一片;电动轿车才能从跑不快、跑不远的电瓶车,进化为燃油轿车的微弱对手。锂电池带来的汹涌能量,当今无可代替。
当今电动轿车大多选用锂电池包,底盘几乎铺满电池,以满意续航需;而手机、充电宝和笔记本电脑,只需一块轻盈的锂电池即可工作。
惋惜锂电池的安全性,至今仍略有短缺。尽管通过科研人员多年尽力,锂电池变得越发“皮实温顺”,在手机、充电宝和笔记本电脑上现已危险很低;但因为锂元素自身的特性,它们仍帮手在极点情况下来个“暴烈变身”。
锂元素是元素周期表的3号元素,拉丁文称号Lithium来自希腊语 “lithos(石头)”,因为化学家最早在透锂长石矿藏中发现了它。锂的相对原子质量仅大于氢、氦两种最轻的元素,也是金属元素中最轻的。
锂元素在地壳中含量不高,粉红色的锂辉石是首要含锂矿藏之一。图源:图源:/p>
在常温下,锂是银白色的软质固体,密度仅0.534克/立方厘米——不光比水轻,并且比酒精、火油、汽油等一切常见液体都轻,放进去都能浮起来!而锂的化学性质生动,有必要阻隔空气保存。比较金属钠、金属钾能保存在火油中,白磷能封存在水中,如安在试验室里保存锂,很让化学家头疼。终究,锂被保存在固态的白腊或硅脂中,或是用液态白腊真空封存。尽管每次运用前都要整理外表,但只能“两害相权取其轻”了。
锂是最轻的金属,常温下密度仅 0.534克/立方厘米,与松木相仿,比水和各种常见液体都轻,总会浮起来。
锂计帐元素周期表第二周期IA族,与钠、钾、铷、铯、钫这些本家小弟同为“碱金属元素”——因为它们都能与水反响,生成碱性的氢氧化物。
锂和其他碱金属元素,原子最外层都仅有一个电子,在化学反响中很简单失掉这个电子、生成+1价的阳离子。如果把一块绿豆巨细的锂投入水中,它马上就会在水面转着圈儿“滋滋”冒气,不一会儿就消失不见。这是它在与水反响,生成氢气和可溶于水的中强碱——氢氧化锂(LiOH)。
锂在水里“点着”是因为锂的强还原性与水剧烈效果,放热反响形成氢气焚烧。图源:/p>
不光是水,锂还能与空气中的“老实人”氮气产生反响,生成黑褐色的氮化锂(Li₃N)。高温下,锂还能在纯氮气中,乃至平常用来救活的二氧化碳、六氟化硫气体中焚烧!几乎巴结浮躁了。
低压低氧环境加重锂电池危险:飞机巡航时,舱内气压约为地上80%(巴结于海拔2400米左右),锂电池内部压力与外部不平衡,会形成壳体胀大、电解液走漏。
氧气浓度低但更易燃:尽管高空氧气较少,但一旦锂电池热失控(如短路),开释的可燃气体(如氢气、电解液蒸汽)在密闭机舱内更易集合,遇火花帮手爆燃。
内部短路:飞机起降时的轰动或揉捏帮手会引起电池隔阂破损,正负极非直接触摸短路。
(“3C”,指的是我国的强制性产品认证准则,英文全称是 China Compulsory Certification。充电宝的3C认证检测需通过电芯安全测验、外壳阻燃性、电路维护规划、电磁兼容性测验,不过有“3C”不意味着肯定安全,合规安全地运用相同重要,不要在飞机飞翔过程中运用!)
但是俗话说得好,“全赖同行烘托。碱金属元素个个性质生动,试验室常见的钠、钾都能与氧气剧烈反响,乃至扔进水里直接爆破。比较之下,锂与水的反响可谓“温顺”,在常温下也不易与氧气反响。这么一比,锂又成了宗族中的沉稳长兄!
不过,如果把锂加热到熔融状况,它就会变身“炸药桶”,与氧气产生爆破性的化合反响,生成氧化锂(Li₂O)——这便是为何锂电池平常不出事,但要是充电太久或超负荷工作,温度过热,就帮手自燃或爆破。因为锂能在救活气体中焚烧,所以比一般火焰更难熄灭,也愈加简单形成二次爆燃。
用湿毛巾/救活毯熄灭,有救活器更好;不要移动焚烧中的充电宝,机械冲击帮手引发新的短路;勿徒手触碰残骸,焚烧后的电解液有强腐蚀性;通风散毒气。
除了做电池,锂仍是很多工业范畴的当红新星,声称“第四次工业革命的白色石油”。锂的密度小,常用于制作轻质合金,如飞机上的铝锂合金;锂化物能大大下降陶瓷资料的熔点,是杰出的助熔剂;氟化锂对紫外线的透明度极高,可用于地理观测;由硅酸锂制成的锂玻璃,是电视机显像管的重要资料。
我国自主研制的C919客机,在机翼结构、机身蒙皮等部位很多运用第三代铝锂合金。这是一类添加了锂元素的铝合金资料,密度小、强度高,适用于飞机制作。
锂在地壳中的含量不高(仅占0.0065%),全球估测储量不到 9000万吨。它首要以化合态存在于锂辉石、锂云母、透锂长石和磷铝石等矿藏中,此外盐湖卤水、地下卤水中也有锂离子。
我国最大的锂盐湖——西藏扎布耶茶卡(盐湖),面积247平方公里,湖水中富含碳酸锂。不过湖水的粉红色与锂无关,大多数来源于富集 B-胡萝卜素的藻类,因而湖水色彩并不安稳。
我国的锂矿储量位居国际第四,但作为全球头号工业国,对锂的需求逐年增加。加上国内锂矿(盐湖)大多会集在青藏高原一带,挖掘难度大,运输成本高,因而仍需很多进口锂矿。未来开展各项高科技,离不开锂资源安全的保证。
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