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科技角力，樹脂聚合物打破鋰電池技術(shù)瓶頸
電力的出現(xiàn)和應(yīng)用掀起了第二次工業(yè)化的高潮，也是人類歷史自18世紀(jì)以來世界上發(fā)生的三次重要的科學(xué)革命之一，對(duì)于后來的人類社會(huì)發(fā)展具有重大意義。現(xiàn)如今，工業(yè)生產(chǎn)、交通、航天、醫(yī)療、互聯(lián)網(wǎng)皆是離不開電力的支持。
為了應(yīng)對(duì)設(shè)備在不能時(shí)刻保持與電網(wǎng)相連結(jié)的狀態(tài)之下也能實(shí)現(xiàn)其正常運(yùn)作，電池的概念被逐漸發(fā)揚(yáng)光大并在近代迅速成長，鋅銅電池、鋅汞電池、碳鋅電池、鐵鎳電池、錳鋅電池等等都是電池發(fā)展至今留在歷史中的足跡，而隨著人類社會(huì)的科技進(jìn)步，對(duì)電池性能的要求也隨之提升，鋰電池、硅電池又逐漸出現(xiàn)在我們的視野之中。
作為目前頗受歡迎的一類電池，鋰電池展現(xiàn)出超越“前輩”的良好表現(xiàn)，自上世紀(jì)60年代出現(xiàn)便迎來了科學(xué)界的廣泛看好，為平衡電池的體積與儲(chǔ)存量的難題提供了有效的解決方案。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，尤其是在近年來電子設(shè)備的遍地開花，以及新能源動(dòng)力概念的興起的情況之下，鋰電池門類下的品種不斷增加，其應(yīng)用領(lǐng)域也日益擴(kuò)大。
鋰電池具有單體電池電壓高、比能量大、儲(chǔ)存壽命長(高達(dá)10年之久)等優(yōu)點(diǎn)，但是也存在電壓滯后、安全性差、成本較高等缺點(diǎn)。其中，安全性上的短板對(duì)于鋰電池而言較為致命，通常鋰電池存在發(fā)生電池炸裂等安全隱患，且需要線路保護(hù)，防止過充過放電等問題。
使用新型聚合物電解質(zhì)的鋰離子電池
目前廣泛使用的鋰離子電池，在多次充放電之后會(huì)形成鋰枝晶，并引起電池的壽命縮短、出現(xiàn) 熱點(diǎn)及短路，而隨著鋰枝晶的增大，就容易刺穿電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致電極與電解液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引發(fā)安全事故。
不久前來自伊利諾伊大學(xué)的工程師開發(fā)出了一種固體聚合物電解質(zhì)，用以幫助制造商生產(chǎn)可循環(huán)、自我修復(fù)的商用電池。這種電解質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)電池受損后的自我修復(fù)，且可在不使用刺激性化學(xué)物質(zhì)或高溫情況下循環(huán)使用。
研究人員此前嘗試過使用陶瓷及聚合物等固體材料來作為電池的電解質(zhì)使用，但是效果均不理想，以交聯(lián)形成的橡膠鋰導(dǎo)體的網(wǎng)狀聚合物鏈來產(chǎn)生固體電解質(zhì)延緩枝晶就是其中一次嘗試，研究表明，這種方法使用的材料結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受損后無法恢復(fù)、愈合。
而此次則選擇的一種新的網(wǎng)狀聚合物電解質(zhì)，它可以進(jìn)行交換反應(yīng)，并交換聚合物鏈，在加熱過程中，其導(dǎo)電性和剛度逐漸增強(qiáng)，降低枝晶的產(chǎn)生，而受損后又能分解，并再度構(gòu)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，達(dá)到循環(huán)利用的目標(biāo)。此外這種材料在環(huán)保方面也頗具意義，在室溫之下可溶于水。
研究人員檢測新材料導(dǎo)電性，認(rèn)為其有潛力成為有效的電池電解質(zhì)。但是，想要達(dá)到與目前使用電解質(zhì)的同等性能，還有很長的路要走。“我們?cè)诰酆衔镏屑尤胍环N非常特殊的化學(xué)物質(zhì)和一種非常特殊的動(dòng)態(tài)鍵。我們認(rèn)為，這一組合可以重新調(diào)整，通過加入很多其他化學(xué)物質(zhì)，調(diào)整傳導(dǎo)性和機(jī)械性能。”研究人員表示。
全樹脂電池發(fā)展?jié)摿春?/strong>
同樣的與鋰電池相關(guān)的消息還有近日日本三洋化成工業(yè)宣布其子公司將開始建造工廠，計(jì)劃明年開始量產(chǎn)全樹脂電池。
全樹脂電池不以金屬作為電極，而是將樹脂作為其材料和結(jié)構(gòu)的制造原料，是一種制成的一種新型鋰離子電池。通過使用含有電解液的凝膠狀樹脂將鋰等電極材料進(jìn)行包裹，來作為電池的正極和負(fù)極，這種的新的設(shè)計(jì)方式大大簡化了電池結(jié)構(gòu)，在其負(fù)極活性物質(zhì)、正極活性物質(zhì)、電解質(zhì)、集電體導(dǎo)電膜等方面都有了很大的提升。
據(jù)悉，這種全樹脂電池的電池容量可達(dá)到傳統(tǒng)電池的2倍以上，續(xù)航能力得以優(yōu)化，其生產(chǎn)成本也較一般的電池而言降低了至少20%，并且安全風(fēng)險(xiǎn)顯著降低，即使是使用外力對(duì)其進(jìn)行破壞、切割也不會(huì)引起起火，另外得益于樹脂的可塑性，該電池在形狀上也具有較高的自由度。
根據(jù)預(yù)測，這種全樹脂電池的需求潛力和市場潛力都非常大，未來有望運(yùn)用于電動(dòng)汽車(EV)及固定式蓄電池等方面，隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，這種電池也許有望被廣泛使用。
結(jié)語：電池技術(shù)發(fā)展至今，已經(jīng)形成了龐大的家族。在眼下科技飛速發(fā)展，新產(chǎn)業(yè)、新領(lǐng)域不斷崛起，相應(yīng)的也對(duì)已有的技術(shù)提出了新的要求。不僅如此，在倡導(dǎo)使用清潔能源的當(dāng)下，電池技術(shù)對(duì)于擴(kuò)大電能的使用領(lǐng)域也有著頗為重要的意義。電池技術(shù)在未來具有很強(qiáng)的發(fā)展?jié)摿Γ渥鳛榭萍及l(fā)展的重要見證者，將繼續(xù)打破技術(shù)瓶頸，向上突進(jìn)。
