固體聚合物電解質(zhì)助力電池自我修復

蓋世汽車訊 鋰離子電池很容易出現(xiàn)內(nèi)部短路現(xiàn)象，造成電解液燃燒，發(fā)生爆炸和火災。據(jù)外媒報道，伊利諾伊大學（University of Illinois）的工程師，開發(fā)出一種固體聚合物電解質(zhì)，幫助制造商生產(chǎn)可循環(huán)、自我修復的商用電池。這種電解質(zhì)在受損后可以自我修復，而且可在不使用刺激性化學物質(zhì)或高溫情況下循環(huán)利用。

鋰離子電池經(jīng)過多次充放電循環(huán)后，會形成微小的鋰枝晶，使電池壽命縮短，出現(xiàn)熱點和短路。有時鋰枝晶還會變大，刺穿電池內(nèi)部，導致電極和電解液之間發(fā)生爆炸性的化學反應。

研究人員說，化學家和工程師們一直希望用陶瓷或聚合物等固體材料，取代鋰離子電池中的液體電解質(zhì)。然而，這些材料大多表現(xiàn)出剛性和脆性，導致電解液和電極接觸不良，降低電導率。研究人員之一、材料科學與工程研究生Brian Jing表示：“如果采用固體離子導電聚合物，作為非液體電解質(zhì)，在電池內(nèi)部的高溫環(huán)境中，大部分聚合物會被融化，再次導致枝晶生長，造成故障?！?/p>

在過去的研究中，人們使用交聯(lián)形成橡膠鋰導體的網(wǎng)狀聚合物鏈，來生產(chǎn)固體電解質(zhì)，以延緩枝晶生長。然而，這些材料結(jié)構(gòu)復雜，受損后無法恢復或愈合。

為了解決這一問題，研究人員開發(fā)了一種網(wǎng)狀聚合物電解質(zhì)，其交聯(lián)點可以進行交換反應，并交換聚合物鏈。研究人員表示，與線性聚合物相比，這些網(wǎng)狀物質(zhì)加熱后會變得更硬，使枝晶問題降到最低程度。而且，受損后易于分解，重新構(gòu)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此可以循環(huán)利用，恢復導電性。Jing表示:“新型網(wǎng)狀聚合物的突出表現(xiàn)在于，在加熱過程中，其導電性和剛度會逐漸增強。這在常規(guī)聚合物電解質(zhì)中是看不到的。”

“大多數(shù)聚合物需要強酸和高溫才能分解，”主要研究人員、材料科學與工程教授Christopher Evans稱，“我們的材料可在室溫下溶于水，非常節(jié)能環(huán)保。”

研究人員檢測新材料導電性，認為其有潛力成為有效的電池電解質(zhì)。但是，想要達到與目前使用電解質(zhì)的同等性能，還有很長的路要走。Evans表示：“我們在聚合物中加入一種非常特殊的化學物質(zhì)和一種非常特殊的動態(tài)鍵。我們認為，這一組合可以重新調(diào)整，通過加入很多其他化學物質(zhì)，調(diào)整傳導性和機械性能?！?/p>