新型聚合物材料 促进电池自愈和循环利用

(来源:伊利诺伊州官网)锂离子电池容易发生内部短路，导致电解液燃烧、爆炸、起火。据国外媒体报道，伊利诺伊大学的工程师们开发出了一种固体聚合物电解质，可以帮助制造商生产可回收和自我修复的商用电池。这种电解质在受损后可以自我修复，不需要使用刺激性化学物质或高温就可以回收利用。锂离子电池经过多次充放电循环后，会形成微小的锂枝晶，缩短电池寿命，导致热点和短路。有时锂枝晶会变大并刺穿电池内部，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，化学家和工程师一直希望用陶瓷或聚合物等固体材料取代锂离子电池中的液体电解质。然而，这些材料大多表现出刚性和脆性，导致电解质和电极接触不良，降低电导率。研究人员之一、材料科学与工程专业研究生Brian Jing说:“如果使用固体离子导电聚合物作为非液体电解质，大部分聚合物将在电池内部的高温环境中熔化，这将导致枝晶再次生长并导致故障。”在过去的研究中，人们利用交联形成橡胶锂导体的网络聚合物链产生固体电解质来延缓枝晶生长。然而，这些材料具有复杂的结构，并且在损坏后无法恢复或愈合。为了解决这个问题，研究人员开发了一种网络聚合物电解质，其交联点可以交换反应，交换聚合物链。研究人员表示，与线性聚合物相比，这些网状物质在加热时会变得更硬，这将最大限度地减少枝晶问题。而且被破坏后，很容易分解重新形成网状结构，所以可以回收利用，恢复导电性。景说:“新型网络聚合物的突出性能是，在加热过程中，其导电性和刚性会逐渐增加。这在常规聚合物电解质中是看不到的。”“大多数聚合物需要强酸和高温来分解，”首席研究员、材料科学与工程教授克里斯托弗·埃文斯说。“我们的材料可以在常温下溶于水，非常节能环保。”研究人员测试了这种新材料的导电性，认为它有可能成为一种有效的电池电解质。但要达到和目前使用的电解液一样的性能，还有很长的路要走。埃文斯说:“我们给聚合物添加了一种非常特殊的化学物质和一种非常特殊的动态键。我们认为，这种组合可以通过添加许多其他化学物质来调整导电性和机械性能。”

(来源:伊利诺伊州官网)锂离子电池容易发生内部短路，导致电解液燃烧、爆炸、起火。据国外媒体报道，伊利诺伊大学的工程师们开发出了一种固体聚合物电解质，可以帮助制造商生产可回收和自我修复的商用电池。这种电解质在受损后可以自我修复，不需要使用刺激性化学物质或高温就可以回收利用。锂离子电池经过多次充放电循环后，会形成微小的锂枝晶，缩短电池寿命，导致热点和短路。有时锂枝晶会变大并刺穿电池内部，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，化学家和工程师一直希望用陶瓷或聚合物等固体材料取代锂离子电池中的液体电解质。然而，这些材料大多表现出刚性和脆性，导致电解质和电极接触不良，降低电导率。研究人员之一、材料科学与工程专业研究生Brian Jing说:“如果使用固体离子导电聚合物作为非液体电解质，大部分聚合物将在电池内部的高温环境中熔化，这将导致枝晶再次生长并导致故障。”在过去的研究中，人们使用的是交联的网络聚合物链连接形成橡胶锂导体产生固体电解质延缓枝晶生长。然而，这些材料具有复杂的结构，并且在损坏后无法恢复或愈合。为了解决这个问题，研究人员开发了一种网络聚合物电解质，其交联点可以交换反应，交换聚合物链。研究人员表示，与线性聚合物相比，这些网状物质在加热时会变得更硬，这将最大限度地减少枝晶问题。而且被破坏后，很容易分解重新形成网状结构，所以可以回收利用，恢复导电性。景说:“新型网络聚合物的突出性能是，在加热过程中，其导电性和刚性会逐渐增加。这在常规聚合物电解质中是看不到的。”“大多数聚合物需要强酸和高温来分解，”首席研究员、材料科学与工程教授克里斯托弗·埃文斯说。“我们的材料可以在常温下溶于水，非常节能环保。”研究人员测试了这种新材料的导电性，认为它有可能成为一种有效的电池电解质。但要达到和目前使用的电解液一样的性能，还有很长的路要走。埃文斯说:“我们给聚合物添加了一种非常特殊的化学物质和一种非常特殊的动态键。我们认为，这种组合可以通过添加许多其他化学物质来调整导电性和机械性能。”

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