在美國能源部的橡樹嶺國家實驗室（ORNL），研究員 Gabriel Veith 的一次家庭實驗引發了電池安全性的突破。長期以來，ORNL 的科學家一直在探索驅動鋰離子電池的複雜化學和材料。這些電池內部有一層薄薄的塑料隔膜，將電極分開，這是電流流動的地方。如果這層隔膜受損，電極可能會接觸，導致液體電解質著火，並使電池爆炸。這樣的情況對於使用鋰離子電池的各類設備來說，都是一個潛在的危險。
Veith 的靈感源自於他與孩子們玩耍時所接觸到的一種名為 oobleck 的玉米澱粉水混合物。這種混合物在施加壓力時會變得像固體，但在壓力消失後又恢復為液體狀態。Veith 領悟到這種可逆特性，稱為剪切增稠，可以用來創造一種保護添加劑，這種添加劑在受到衝擊時會瞬間硬化，顯著降低鋰離子電池引發火災的風險。這一新發現不僅具有技術創新意義，還有可能在未來的電池設計中發揮重要作用。
Veith 和他的團隊受到 oobleck 行為的啟發，旨在通過向電解質中添加抗衝擊材料來提高鋰離子電池的安全性。這種添加劑在電池受到撞擊時會立即硬化，防止電極接觸，從而在電池跌落或受損時保持安全。當電極保持分開時，電池就不會著火。此外，這種添加劑可以在不需要對現有電池製造過程進行重大改變的情況下進行集成，這使得該技術具有廣泛的應用潛力。
這種安全效應源於一種膠體，這是一種微小固體顆粒懸浮在液體中的懸浮液。對於電池，Veith 的團隊使用了懸浮在標準電解質中的二氧化矽顆粒。在受到衝擊時，這些顆粒會聚集在一起，阻止液體和離子的流動。研究人員使用的二氧化矽顆粒直徑僅為 200 納米，基本上是超細沙，這有助於達成所需的效果。正如 Veith 所解釋的，二氧化矽顆粒的均勻大小至關重要：當顆粒大小一致時，它們能夠均勻分散在電解質中，使得添加劑能夠在受到衝擊時有效硬化。如果顆粒大小不一致，液體將保持過於流動，從而失去保護效果。
為了了解材料在壓力下的行為，團隊在 ORNL 的中子散射設施進行了實驗。這一突破依賴於一個多學科的團隊，包括流變學家、陶瓷專家、電化學家、機械專家和材料測試員。他們的專業知識使得設計和測試這種獨特的抗衝擊電池技術成為可能。
在商業化的重要一步中，ORNL 在 2022 年將五項專利技術授權給了電池初創公司 Safire Technology Group，這些技術被稱為安全抗衝擊電解質（SAFIRE）。該公司在田納西州擴大了其研發業務，專注於將這項技術推向電動車、國防應用以及電動垂直起降（eVTOL）飛機的市場。這項技術的潛力不僅在於提升電池安全性，還可能在未來的電動交通工具和其他應用中發揮顯著作用。
Safire Technology Group 的聯合創始人及首席執行官 John Lee 指出，SAFIRE 有可能改變汽車行業。通過消除重型保護屏障的需求，這項技術可以減輕車輛重量，並提高駕駛範圍。在國防應用中，它提供了彈道和投射保護，同時減輕設備和系統的重量，從而提高性能和操作效率。這一技術的發展，無疑將給未來的電池技術帶來深遠的影響。
