科學家研發自愈電極，極大延長鋰電池壽命 - 其他 [複製鏈接]

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電梯直達

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發表於 2013-11-20 10:25:35 |只看該作者 |倒序瀏覽

來自斯坦福大學與美國SLAC國家加速器實驗室的科學家在《自然》雜誌上發表論文，他們研發出了世界首個自愈電極，而其秘訣就在於包在電極上的彈性聚合物，它能捆住在電極上出現的微小裂縫，並自行癒合，該項技術為研發下一代鋰電池開創了新局面。
斯坦福博士后研究員、論文主要作者之一王超表示：「自愈功能對動植物的生存極為重要，而我們就想把這種功能應用到鋰電池上以延長其壽命。」
王超在斯坦福大學鮑哲南教授的實驗室中研發了這種聚合物，後者帶領的團隊一直致力於研究應用於機械人、傳感器及義肢等產品中的彈性電子皮膚，而它正是靈感的來源，另外，為了讓聚合物導電，王超往其中加入了碳納米顆粒。
鮑教授說，包被上了自愈聚合物的硅電極只需幾個小時便能修復任何裂縫，電池壽命則相應延長至原有的十倍。
目前，該電極在充放電100次后仍能保持電量基本不變，對此，副教授崔毅表示該電極已經具備了實用價值，雖然距離手機的500次充放電以及電動車的3000次充放電目標相去甚遠，但從數據上看來日必定成功。
為了打造輕型高效電池，全球的研究員都在想辦法讓鋰離子電池負電極存儲更多電能，而硅則是最有發展潛力的電極材料之一，因為它能在電池充電時從電池液中高容量吸收鋰離子，並在電池工作時釋放。
硅電極也有美中不足之處，在電池充電時它會膨脹三倍，放電時則回縮至原有大小，故極易破裂，降低電池性能。論文的另外一名主要作者、前斯坦福博士后吳輝表示，該問題在高容量電池電極中普遍存在。
為了研發自愈材料，研究人員故意降低了長鏈狀聚合物中的某些化學鍵強度，使它們在破損時也能黏連起來，就像DNA一樣分離重組。下面的視頻中，氣球被包被上自愈材料，通過不斷充放氣來模擬電池充放電過程，結果很明顯，聚合物伸展卻不破裂。
來自崔毅實驗室及其它地方的研究員試過了數種方法來保持電極完整性與提高其性能，有一些用於商業，但多數需要罕見的材料或高超的工藝，因此難以推廣。
而本次研究則採用了廣泛應用於半導體及太陽能電池中的硅粒子，崔毅表示這是實用之路的首選材料。研究人員還表示該方法對其它電極材料也有效，日後會繼續完善提高硅電極的性能與壽命。
[本文參考以下來源：www6.slac.stanford.edu]