鋰離子電池因內(nèi)部經(jīng)常短路而“臭名昭著”，因為內(nèi)部短路會點燃電池的液體電解質(zhì)，導(dǎo)致電池爆炸從而引發(fā)火災(zāi)。近日，美國伊利諾伊大學(xué)的工程師開發(fā)出一種基于聚合物的固態(tài)電解質(zhì)，這種電解質(zhì)能有效解決上述問題，可以幫助制造商生產(chǎn)可回收的、自我修復(fù)的商用電池。研究成果已發(fā)表于《美國化學(xué)會志》。
研究人員說，隨著鋰離子電池經(jīng)歷多個充電和放電循環(huán)，它們會形成微小的樹枝狀固態(tài)鋰，稱為樹枝狀晶體。這些結(jié)構(gòu)會縮短電池壽命，造成熱點和短路，有時會變得足夠大而刺穿電池的內(nèi)部部件，從而導(dǎo)致電極和電解液之間發(fā)生爆炸性化學(xué)反應(yīng)。
研究人員表示，他們新開發(fā)的是一種網(wǎng)絡(luò)聚合物電解質(zhì)，其在受損后可以自我修復(fù)，而且材料可以實現(xiàn)在不使用苛刻的化學(xué)物質(zhì)或高溫的情況下循環(huán)使用。與線性聚合物相比，這些網(wǎng)絡(luò)在加熱時會變硬，從而可以最大程度地減少枝晶問題。并且，由于其自愈性，在損壞后還可以恢復(fù)導(dǎo)電性。
“大多數(shù)聚合物需要強酸和高溫才能分解，我們的材料在室溫下溶于水，是一種非常節(jié)能環(huán)保的工藝?！闭撐牡谝蛔髡摺⒁晾Z伊大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)教授克里斯托弗·埃文斯說，他們的發(fā)明是迎合了陶瓷或聚合物等固體材料取代鋰離子電池中液態(tài)電解質(zhì)的潮流，解決了電池在經(jīng)歷多次充放電循環(huán)后產(chǎn)生樹枝狀結(jié)構(gòu)的問題。
不過，埃文斯也承認，要與目前使用的電池相媲美，還需要一定的過程。他認為，這項工作為其他人提供了一個有趣的測試平臺，“我們在聚合物中使用了一種非常特殊的化學(xué)物質(zhì)和動態(tài)鍵，但我們認為這個平臺可以進行重新配置，從而與許多其他化學(xué)物質(zhì)一起使用，調(diào)整傳導(dǎo)率和機械性能”。
