美國(guó)伊利諾伊大學(xué)(UniversityofIllinois；UI)的研究人員發(fā)現(xiàn)一種可將自愈技術(shù)應(yīng)用在鋰離子電池的方法，可望打造出可靠且更長(zhǎng)效的電池。

研究人員開(kāi)發(fā)出一種新的電池，電池的負(fù)電側(cè)使用硅納米顆粒復(fù)合材料，并以一種新穎的方式將復(fù)合材料結(jié)合在一起——這是含硅的電池固有的問(wèn)題。

伊利諾伊大學(xué)材料科學(xué)與工程教授NancySottos以及特種工程教授ScottWhite帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行這項(xiàng)研究，并在《先進(jìn)能源材料》(AdvancedEnergyMaterials)期刊上發(fā)表相關(guān)研究報(bào)告。

美國(guó)伊利諾伊大學(xué)材料科學(xué)與工程教授NancySottos與特種工程教授ScottWhite帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)，開(kāi)發(fā)出可用于電池陽(yáng)極的硅納米顆粒復(fù)合材料，可望用于打造更可靠且長(zhǎng)效的電池。

“對(duì)于自愈材料的研究來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)研究工作相當(dāng)新，因?yàn)樗軕?yīng)用在儲(chǔ)存能量的材料上，”White說(shuō)，“這是一種完全不同類型的目標(biāo)。除了恢復(fù)結(jié)構(gòu)性能，還具有愈合儲(chǔ)存能量的能力。”

為便攜設(shè)備供電或電動(dòng)車用的鋰離子電池內(nèi)部，帶負(fù)電荷的電極或陽(yáng)極通常是由石墨顆粒復(fù)合材料制造而成。這些電池的使用成效不錯(cuò)，但需要很長(zhǎng)時(shí)間才能上電，而且隨著時(shí)間的進(jìn)展，充電持續(xù)時(shí)間就會(huì)變得無(wú)法和新電池時(shí)一樣了。

Sottos說(shuō)：“硅具有相當(dāng)高的容量，而如此的高容量讓你得以從電池中取得更多能源，不過(guò)，由于電池的周期及其自粉化作用，也會(huì)經(jīng)歷大量的膨脹過(guò)程。”

過(guò)去的研究發(fā)現(xiàn)，由納米尺寸的硅顆粒制造成的電池陽(yáng)極不太可能分解，而是存在其他問(wèn)題。

White說(shuō)：“電池持續(xù)地進(jìn)行充放電，經(jīng)過(guò)一次、二次、三次到最終容量損耗，這是因?yàn)楣桀w粒開(kāi)始脫離粘合劑。”

為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)藉由賦予其自行修復(fù)的能力，進(jìn)一步完善了硅陽(yáng)極。這種自愈現(xiàn)象是經(jīng)由硅納米顆粒和聚合物粘合劑之間連接的可逆化學(xué)鍵合而發(fā)生的。

“這種動(dòng)態(tài)重新鍵合過(guò)程基本上是將硅顆粒和聚合物粘合劑保存在一起，大幅改善了電極的長(zhǎng)期性能，”Sottos說(shuō)。

研究人員針對(duì)未使用可逆化學(xué)鍵合的新電池進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)即使是經(jīng)過(guò)400次充電周期后仍能保持80%的初始容量。

這些電池還具有更高的能量密度，這意味著它們比相同尺寸的石墨-陽(yáng)極電池儲(chǔ)存更多的電力。

“能量密度越高越好。另一個(gè)選擇是增加更多的電池，但這也增加了許多重量，特別是電動(dòng)車正面臨這樣的問(wèn)題，”Sottos說(shuō)。

研究人員表示，未來(lái)的研究將包括研究這種自愈技術(shù)如何與固態(tài)電池搭配運(yùn)作。近來(lái)多起由于鋰離子電池液體引發(fā)自燃甚至爆炸的意外，正敦促著科學(xué)家們朝此方向進(jìn)行研究。

這項(xiàng)研究計(jì)劃由美國(guó)能源部(DoE)科學(xué)、基礎(chǔ)能源科學(xué)辦公室資助的先進(jìn)能源研究中心——電化學(xué)能源科學(xué)中心(CenterforElectrochemicalEnergyScience)贊助。