斯坦福研發可自行“修復”電極的鋰離子電池

斯坦福大學以及美國能源部的研究者近日共同研發出了一款能夠自行修復電極鋰離子電池。這款電池可用于電動汽車、手機或其他設備中。

根據研究者描述，這款電池的奧秘在于在電極處覆蓋了一層具有較強彈性性能的聚合物，當電極表面出現裂紋時，這層彈性體聚合物會自發性地覆蓋住裂紋。

斯坦福一名博士后研究員Chao Wang表示：“自修復性是一項重要的屬性，無論是對動物、植物、還是沒有生命的物體，這項屬性都能夠使其維持更長的生命周期。”

Chao在斯坦福Zhenan Bao教授的實驗中研發彈性聚合物材料，后者專門負責開發用于機器人、傳感器、假肢等物件的電子皮膚。在這個電池項目中，該團隊在彈性聚合物中加入了納米粒子碳，使其具備導電性能。

Zhenan Bao教授表示：“當電極覆蓋上這款彈性聚合物后，其在短短數小時內修復了大量細微裂紋，使硅電極的使用壽命延長了10倍。”

目前這項新技術還處于試驗階段。實驗中，電極能夠在經受100次充放電循環后，依舊保持原有的儲電能力。研究者Yi Cui表示，“（100次循環對于）手機和電動車來說還遠遠不夠。”

目前，研究者普遍都在尋找能夠增強鋰離子電池負極儲電能力并減輕材料重量的新方法。最有潛力的材料當屬硅，其具有較高的容量以及充放電能力。

不過其成本昂貴，另外硅粒子在充電過程中體積會膨脹到原來的3倍大，在放電過程中再逐漸恢復原來體積，反復如此對電機覆蓋材料造成很大負擔，影響電池長期性能。這也是目前大容量鋰電池的通病。

為了讓電極覆蓋材料能夠自我修復，科學家有意減弱長鏈聚合物的化學鍵強度。這使得這類材料更容易產生裂紋，但與此同時，斷裂材料的兩端是具有化學吸引性，它們能夠以極快速度重新組合，與DNA分子的分裂、重組類似。