編者按:鋰離子電池內(nèi)部經(jīng)常短路,美國開發(fā)出一種基于聚合物的固態(tài)電解質(zhì),這種電解質(zhì)能有效解決上述問題,可以幫助制造商生產(chǎn)可回收的、自我修復(fù)的商用電池。
鋰離子電池因內(nèi)部經(jīng)常短路而“臭名昭著”,因?yàn)閮?nèi)部短路會(huì)點(diǎn)燃電池的液體電解質(zhì),導(dǎo)致電池爆炸從而引發(fā)火災(zāi)。近日,美國伊利諾伊大學(xué)的工程師開發(fā)出一種基于聚合物的固態(tài)電解質(zhì),這種電解質(zhì)能有效解決上述問題,可以幫助制造商生產(chǎn)可回收的、自我修復(fù)的商用電池。研究成果已發(fā)表于《美國化學(xué)會(huì)志》。
研究人員說,隨著鋰離子電池經(jīng)歷多個(gè)充電和放電循環(huán),它們會(huì)形成微小的樹枝狀固態(tài)鋰,稱為樹枝狀晶體。這些結(jié)構(gòu)會(huì)縮短電池壽命,造成熱點(diǎn)和短路,有時(shí)會(huì)變得足夠大而刺穿電池的內(nèi)部部件,從而導(dǎo)致電極和電解液之間發(fā)生爆炸性化學(xué)反應(yīng)。
研究人員表示,他們新開發(fā)的是一種網(wǎng)絡(luò)聚合物電解質(zhì),其在受損后可以自我修復(fù),而且材料可以實(shí)現(xiàn)在不使用苛刻的化學(xué)物質(zhì)或高溫的情況下循環(huán)使用。與線性聚合物相比,這些網(wǎng)絡(luò)在加熱時(shí)會(huì)變硬,從而可以最大程度地減少枝晶問題。并且,由于其自愈性,在損壞后還可以恢復(fù)導(dǎo)電性。
“大多數(shù)聚合物需要強(qiáng)酸和高溫才能分解,我們的材料在室溫下溶于水,是一種非常節(jié)能環(huán)保的工藝。”論文第一作者、伊利諾伊大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)教授克里斯托弗*埃文斯說,他們的發(fā)明是迎合了陶瓷或聚合物等固體材料取代鋰離子電池中液態(tài)電解質(zhì)的潮流,解決了電池在經(jīng)歷多次充放電循環(huán)后產(chǎn)生樹枝狀結(jié)構(gòu)的問題。
不過,埃文斯也承認(rèn),要與目前使用的電池相媲美,還需要一定的過程。他認(rèn)為,這項(xiàng)工作為其他人提供了一個(gè)有趣的測試平臺(tái),“我們在聚合物中使用了一種非常特殊的化學(xué)物質(zhì)和動(dòng)態(tài)鍵,但我們認(rèn)為這個(gè)平臺(tái)可以進(jìn)行重新配置,從而與許多其他化學(xué)物質(zhì)一起使用,調(diào)整傳導(dǎo)率和機(jī)械性能”。
原標(biāo)題:新電解質(zhì)可實(shí)現(xiàn)電池自我修復(fù)