新型聚合物材料 促進電池自愈和循環利用

2020-12-06 騰訊網

（圖源：Illinois官網）

蓋世汽車訊 鋰離子電池很容易出現內部短路現象，造成電解液燃燒，發生爆炸和火災。據外媒報導，伊利諾伊大學（University of Illinois）的工程師，開發出一種固體聚合物電解質，幫助製造商生產可循環、自我修復的商用電池。這種電解質在受損後可以自我修復，而且可在不使用刺激性化學物質或高溫情況下循環利用。

鋰離子電池經過多次充放電循環後，會形成微小的鋰枝晶，使電池壽命縮短，出現熱點和短路。有時鋰枝晶還會變大，刺穿電池內部，導致電極和電解液之間發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。然而，這些材料大多表現出剛性和脆性，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：「如果採用固體離子導電聚合物，作為非液體電解質，在電池內部的高溫環境中，大部分聚合物會被融化，再次導致枝晶生長，造成故障。」

在過去的研究中，人們使用交聯形成橡膠鋰導體的網狀聚合物鏈，來生產固體電解質，以延緩枝晶生長。然而，這些材料結構複雜，受損後無法恢復或癒合。

為了解決這一問題，研究人員開發了一種網狀聚合物電解質，其交聯點可以進行交換反應，並交換聚合物鏈。研究人員表示，與線性聚合物相比，這些網狀物質加熱後會變得更硬，使枝晶問題降到最低程度。而且，受損後易於分解，重新構成網狀結構，因此可以循環利用，恢復導電性。Jing表示:「新型網狀聚合物的突出表現在於，在加熱過程中，其導電性和剛度會逐漸增強。這在常規聚合物電解質中是看不到的。」

「大多數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於水，非常節能環保。」

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。但是，想要達到與目前使用電解質的同等性能，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和一種非常特殊的動態鍵。我們認為，這一組合可以重新調整，通過加入很多其他化學物質，調整傳導性和機械性能。」

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