新型聚合物材料 促進電池自愈和循環利用

(來源:伊利諾伊州官網)鋰離子電池容易發生內部短路，導致電解液燃燒、爆炸、起火。據國外媒體報道，伊利諾伊大學的工程師們開發出了一種固體聚合物電解質，可以幫助制造商生產可回收和自我修復的商用電池。這種電解質在受損后可以自我修復，不需要使用刺激性化學物質或高溫就可以回收利用。鋰離子電池經過多次充放電循環后，會形成微小的鋰枝晶，縮短電池壽命，導致熱點和短路。有時鋰枝晶會變大并刺穿電池內部，導致電極和電解液之間發生爆炸性化學反應。研究人員表示，化學家和工程師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，導致電解質和電極接觸不良，降低電導率。研究人員之一、材料科學與工程專業研究生Brian Jing說:“如果使用固體離子導電聚合物作為非液體電解質，大部分聚合物將在電池內部的高溫環境中熔化，這將導致枝晶再次生長并導致故障。”在過去的研究中，人們利用交聯形成橡膠鋰導體的網絡聚合物鏈產生固體電解質來延緩枝晶生長。然而，這些材料具有復雜的結構，并且在損壞后無法恢復或愈合。為了解決這個問題，研究人員開發了一種網絡聚合物電解質，其交聯點可以交換反應，交換聚合物鏈。研究人員表示，與線性聚合物相比，這些網狀物質在加熱時會變得更硬，這將最大限度地減少枝晶問題。而且被破壞后，很容易分解重新形成網狀結構，所以可以回收利用，恢復導電性。景說:“新型網絡聚合物的突出性能是，在加熱過程中，其導電性和剛性會逐漸增加。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來分解，”首席研究員、材料科學與工程教授克里斯托弗·埃文斯說。“我們的材料可以在常溫下溶于水，非常節能環保。”研究人員測試了這種新材料的導電性，認為它有可能成為一種有效的電池電解質。但要達到和目前使用的電解液一樣的性能，還有很長的路要走。埃文斯說:“我們給聚合物添加了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，這種組合可以通過添加許多其他化學物質來調整導電性和機械性能。”

(來源:伊利諾伊州官網)鋰離子電池容易發生內部短路，導致電解液燃燒、爆炸、起火。據國外媒體報道，伊利諾伊大學的工程師們開發出了一種固體聚合物電解質，可以幫助制造商生產可回收和自我修復的商用電池。這種電解質在受損后可以自我修復，不需要使用刺激性化學物質或高溫就可以回收利用。鋰離子電池經過多次充放電循環后，會形成微小的鋰枝晶，縮短電池壽命，導致熱點和短路。有時鋰枝晶會變大并刺穿電池內部，導致電極和電解液之間發生爆炸性化學反應。研究人員表示，化學家和工程師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，導致電解質和電極接觸不良，降低電導率。研究人員之一、材料科學與工程專業研究生Brian Jing說:“如果使用固體離子導電聚合物作為非液體電解質，大部分聚合物將在電池內部的高溫環境中熔化，這將導致枝晶再次生長并導致故障。”在過去的研究中，人們使用的是交聯的網絡聚合物鏈連接形成橡膠鋰導體產生固體電解質延緩枝晶生長。然而，這些材料具有復雜的結構，并且在損壞后無法恢復或愈合。為了解決這個問題，研究人員開發了一種網絡聚合物電解質，其交聯點可以交換反應，交換聚合物鏈。研究人員表示，與線性聚合物相比，這些網狀物質在加熱時會變得更硬，這將最大限度地減少枝晶問題。而且被破壞后，很容易分解重新形成網狀結構，所以可以回收利用，恢復導電性。景說:“新型網絡聚合物的突出性能是，在加熱過程中，其導電性和剛性會逐漸增加。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來分解，”首席研究員、材料科學與工程教授克里斯托弗·埃文斯說。“我們的材料可以在常溫下溶于水，非常節能環保。”研究人員測試了這種新材料的導電性，認為它有可能成為一種有效的電池電解質。但要達到和目前使用的電解液一樣的性能，還有很長的路要走。埃文斯說:“我們給聚合物添加了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，這種組合可以通過添加許多其他化學物質來調整導電性和機械性能。”

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