科学家开发自愈电池电极

该原型锂离子电池包含含有自愈合聚合物涂层的硅电极。背景中的电缆和剪辑是用于测试电池性能的装置的一部分。Brad Plummer / Slac

使用自我愈合硅片微粒，科学家们开发了一种愈合本身的第一电池电极。

研究人员使第一电池电极自身愈合，打开新的和潜在的商业上可行的路径，用于制作用于电动汽车，手机和其他装置的下一代锂离子电池。

斯坦福大学和能源部斯拉克国家加速器实验室的团队表示，秘密将其涂覆在一起并自发地愈合在电池运行期间产生的微小裂缝。

他们报告了11月19日的自然化学问题的进步。

“自我康复对于动物和植物的生存和长寿非常重要，”斯坦福博士博士研究员陈王说，斯坦福大学和纸张的两个主要作者之一。“我们希望将此功能纳入锂离子电池，因此它们也将具有较长的寿命。”

赵王于斯坦福大学化学工程教授Zhenan Bao实验室的自我治疗聚合物，其集团一直在柔性电子皮肤上，用于机器人，传感器，假肢等应用。对于电池工程，昭将碳氮纳米颗粒添加到聚合物中，因此它会导电。

“我们发现，当涂有自愈聚合物时，硅电极持续10倍，这在几个小时内修复了任何裂缝，”Bao说。

“他们储存能源的能力现在在实际范围内，但我们肯定希望推动它，”斯塔克和斯坦福德副教授易翠说，斯坦福州的副教授致辞。电极工作约100充放电循环，而不会显着损失其储存能力。

“这仍然是从大约500个周期的手机的目标和电动车辆的3,000个周期的目标是相当的，”崔说，“但是在那里的承诺，从所有的数据看起来都是工作。”

制作更灵活的电池

全球的研究人员正在寻找在锂离子电池的负电极中储存更多能量的方法，以在减轻体重时实现更高的性能。最有前途的电极材料之一是硅;它具有高容量，用于在充电期间从电池流体浸泡锂离子，然后在电池放在工作时释放它们。

但这种高容量的价格是：硅电极膨胀至其正常尺寸的三倍，每次电池充电和放电时再次缩回。脆性材料很快裂缝并分开，降低电池性能。这是一款高容量电池中的所有电极的问题，这是一位前斯坦福邮政编划的所有电池，都是北京清华大学的一位教师，以及本文的其他主要作者。

为了使自我愈合的涂层，科学家故意将一些化学键在具有许多相同单位的聚合物中的聚合物 - 长链状分子中削弱了一些化学键。所得到的材料容易断裂，但断开的末端彼此化学吸取并再次快速连接，模仿允许生物分子如DNA组装，重新排列和分解的过程。

Cui的实验室和其他地方的研究人员已经测试了许多方法来保持硅电极完整并提高它们的性能。有些人正在探索用于商业用途，但许多人涉及异国情调的材料和制造技术，这些技术挑战以扩大生产。

崔说，由广泛应用于半导体和太阳能电池行业的硅片微粒制成的自愈电极是第一种似乎提供实际道路的解决方案。

研究人员表示，他们认为这种方法也可以为其他电极材料工作，它们将继续改善改善硅电极的性能和寿命的技术。

该研究团队还包括郑辰和马修·斯坦福麦克斯福尔。崔和宝是斯坦福大斯坦/斯坦福学院的斯坦福材料和能源科学研究所的成员。该研究由能源部通过SLAC的实验室指导的研发计划以及斯坦福州的Precourt精神能源研究所资助。

出版物：Chao Wang等，“自我愈合化学使得能够稳定地运行硅微粒阳极用于高能量锂离子电池，”自然化学5,1042-1048,2013; DOI：10.1038 / nchem.1802

图像：Brad Plummer / Slac