新电解质可实现电池自我修复

锂离子电池因内部经常短路而“臭名昭著”,因为内部短路会点燃电池的液体电解质,导致电池爆炸从而引发火灾。近日,美国伊利诺伊大学的工程师开发出一种基于聚合物的固态电解质,这种电解质能有效解决上述问题,可以帮助制造商生产可回收的、自我修复的商用电池。研究成果已发表于《美国化学会志》。

研究人员说,随着锂离子电池经历多个充电和放电循环,它们会形成微小的树枝状固态锂,称为树枝状晶体。这些结构会缩短电池寿命,造成热点和短路,有时会变得足够大而刺穿电池的内部部件,从而导致电极和电解液之间发生爆炸性化学反应。

研究人员表示,他们新开发的是一种网络聚合物电解质,其在受损后可以自我修复,而且材料可以实现在不使用苛刻的化学物质或高温的情况下循环使用。与线性聚合物相比,这些网络在加热时会变硬,从而可以最大程度地减少枝晶问题。并且,由于其自愈性,在损坏后还可以恢复导电性。

“大多数聚合物需要强酸和高温才能分解,我们的材料在室温下溶于水,是一种非常节能环保的工艺。”论文第一作者、伊利诺伊大学材料科学与工程学教授克里斯托弗·埃文斯说,他们的发明是迎合了陶瓷或聚合物等固体材料取代锂离子电池中液态电解质的潮流,解决了电池在经历多次充放电循环后产生树枝状结构的问题。

不过,埃文斯也承认,要与目前使用的电池相媲美,还需要一定的过程。他认为,这项工作为其他人提供了一个有趣的测试平台,“我们在聚合物中使用了一种非常特殊的化学物质和动态键,但我们认为这个平台可以进行重新配置,从而与许多其他化学物质一起使用,调整传导率和机械性能”。

相关新闻

    推荐阅读