我们能否制造出能够自我修复的电池?

在过去的几年里,自愈电池一直是电池研究和发展的一个引人注目的领域,特别是围绕树枝状物以及它们如何影响性能的研究也在增长。由于电池是靠化学反应运行的,因此有一些副作用是人们可能无法控制的。电池内离子的逐渐积聚就是其中之一。目前,自我修复的电池还没有商业上的突破,但初步研究已经为更安全和更持久的电池的可能性打开了大门。

什么是树突?

自20世纪90年代以来,锂离子电池一直是使用最多的商业电池。在过去的几年里,研究人员发现在电池单元内往往会形成树枝状结构。通常被称为 树突当锂离子在细胞内的阳极表面聚集时,它们就会形成。随着更多的离子附着,树枝状物不断增长。

并非所有树枝状物都会对电池造成严重损害。研究人员发现,在某些情况下,树枝状物沿着阳极的表面均匀地生长。在这些情况下,电池性能保持稳定,对电池几乎没有损害。

然而,在一些情况下,树枝状物生长过度,影响了电池单元的结构和化学稳定性。树枝状物会导致电解质和锂之间发生不必要的反应,并导致热点或电短路。它们还被发现刺穿了电池的隔膜,损害了电池的电化学稳定性。据推测,一些电池的火灾和爆炸是树枝状物生长的结果。

由于这些树枝状物的形成,人们一直在犹豫是否采用锂金属电池。这些电池将具有更高的能量密度,但同时它们的化学构成将进一步鼓励树枝状物的生长。这就是为什么研究人员正试图发现更有效和更耐用的材料。

自我修复的电池将如何工作?

从理论上讲,自我修复电池不仅可以通过减少电化学不稳定的风险来提供更安全的能量存储解决方案,而且由于可以减少产生的内部损害,它们还可以更持久。目前,有两种类型的电池已被测试并显示出潜力。它们是固体聚合物电解质电池和钾基电池。

去年,伊利诺伊大学的研究人员开发了一种 固体聚合物电解质 损坏后可以自我修复。该电解质由网络聚合物组成。他们发现,电解质的交联点可以发生交换反应,交换聚合物链。这意味着聚合物在加热时变得更加坚硬,并有效地阻止了树枝状的生长,因为离子无法聚集在一起。

另一方面,在 钾基电池 通过逆转树枝状物的生长进行自我修复。研究人员找到了一种方法来提高电池内部的温度,使之足以鼓励树枝状物从阳极上自我修复。他们应用足够的热量来鼓励扩散,使积累的金属从阳极上平滑下来,但又不足以融化金属钾和损害电池。

这在未来可能会导致什么?

这两种类型的电池仍处于发展的早期阶段,但该技术已显示出其在创造更安全和更稳定的电池方面的前景。

在固体聚合物电解质的情况下,它还将减少锂离子电池内常见的易燃液体电解质的电流危险。 

更安全并能以更长寿命保持效率的电池将有利于可再生和绿色技术,如电网存储、电动汽车和可再生能源,推动世界进入更可持续和长期的能源解决方案。

发布在

阿尔滨团队

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