聚合物可以帮助锂离子电池变得自愈，可回收

工程师们伊利诺伊大学他们开发了一种基于聚合物的固体电解质，可以在损坏后自愈，而且这种材料也可以在不使用苛刻的化学物质或高温的情况下回收。锂离子电池因产生内部短路而臭名昭著，这种短路会点燃电池的液体电解质，导致爆炸和火灾。

研究人员说，随着锂离子电池经历多次充放电循环，它们会形成微小的树枝状固体锂结构，称为树突。这些结构会降低电池寿命，导致热点和短路，有时还会变得足够大，刺穿电池内部部件，导致电极和电解质液体之间发生爆炸性化学反应。

研究人员说，化学家和工程师一直在推动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，这些材料中的许多都是刚性和脆性的，这导致电解质与电极接触不良，电导率降低。

“固体离子导电聚合物是开发非液体电解质的一种选择，”Brian Jing说材料科学与工程研究生。“但电池内部的高温条件会融化大多数聚合物，再次导致枝晶和故障。”

过去的研究通过使用交联形成橡胶状锂导体的聚合物链网络来生产固体电解质。这种方法延缓了树突的生长;然而，这些材料很复杂，在损伤后无法恢复或愈合，Jing说。

为了解决这一问题，研究人员开发了一种网络聚合物电解质，其中交联点可以发生交换反应并交换聚合物链。研究人员说，与线性聚合物相比，这些网络在加热时实际上会变得更硬，这可能会最大限度地减少树突问题。此外，它们在损坏后可以很容易地分解并重新凝固成一个网络结构，使它们可回收，并且它们在损坏后恢复导电性，因为它们是自愈的。

Jing说:“这种新型网络聚合物还显示出显著的性能，即导电性和刚度都随着加热而增加，这在传统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才能分解，”材料科学与工程教授克里斯托弗·埃文斯(Christopher Evans)说。“我们的材料在室温下可溶于水，这是一种非常节能和环保的工艺。”

研究人员说，研究小组研究了这种新材料的导电性，发现它作为一种有效的电池电解质的潜力是很有前途的，但承认在将其用于与目前使用的电池相当的电池之前，还需要做更多的工作。

“我认为这项工作为其他人提供了一个有趣的测试平台，”埃文斯说。“我们在聚合物中使用了一种非常特定的化学物质和一种非常特定的动态键，但我们认为这个平台可以重新配置，与许多其他化学物质一起使用，以调整导电性和机械性能。”

伊利诺伊大学香槟分校

www.illinois.edu

-副主编克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE传媒，cvavra@cfemedia.com．看到更多关于电池的故事链接在下面。

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