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科技角力，樹(shù)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(lái)世界上發(fā)生的三次重要的科學(xué)革命之一，對(duì)于后來(lái)的人類社會(huì)發(fā)展具有重大意義?，F(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(kāi)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(zhǎng)，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(lái)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(guò)數(shù)十年的發(fā)展，尤其是在近年來(lái)電子設(shè)備的遍地開(kāi)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(zhǎng)(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(guò)充過(guò)放電等問(wèn)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(lái)自伊利諾伊大學(xué)的工程師開(kāi)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(guò)使用陶瓷及聚合物等固體材料來(lái)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(lái)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(wú)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(guò)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(cè)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(zhǎng)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(guò)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(shù)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(kāi)始建造工廠，計(jì)劃明年開(kāi)始量產(chǎn)全樹(shù)脂電池。
全樹(shù)脂電池不以金屬作為電極，而是將樹(shù)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(guò)使用含有電解液的凝膠狀樹(shù)脂將鋰等電極材料進(jìn)行包裹，來(lái)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(jiǎn)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(shù)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(shù)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(cè)，這種全樹(shù)脂電池的需求潛力和市場(chǎng)潛力都非常大，未來(lái)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(yǔ)：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(lái)具有很強(qiáng)的發(fā)展?jié)摿Γ渥鳛榭萍及l(fā)展的重要見(jiàn)證者，將繼續(xù)打破技術(shù)瓶頸，向上突進(jìn)。
