鋰離子電池因內部經常短路而臭名昭著，內部短路會點燃電池的液體電解質，導致電池爆炸從而引發火災。近日，伊利諾伊大學的工程師已經開發出一種基于聚合物的固體電解質，這種電解質在損壞后可以自愈，也可以在不使用刺激性化學物質或高溫的情況下進行回收。

這項新的研究可以幫助制造商生產可回收，可自我修復的商業電池，該研究發表在《美國化學學會雜志》上。

研究人員說，隨著鋰離子電池經歷多個充電和放電循環，它們會形成微小的樹枝狀固態鋰，稱為樹枝狀晶體。這些結構會縮短電池壽命，造成熱點和短路，有時會變得足夠大而刺穿電池的內部部件，從而導致電極和電解液之間發生爆炸性化學反應。

化學家和工程師一直在推動用固體材料（例如陶瓷或聚合物）代替鋰離子電池中的液體電解質。然而，這些材料大多數是剛性且易碎的，會導致電解質與電極之間接觸不良以及導電率降低。

該論文合著者Brian Jing說：“固體離子導電聚合物是開發非液體電解質的一種選擇。但是，電池內部的高溫條件會熔化大多數聚合物，從而再次導致枝晶和故障。”

過去的研究已經通過使用交聯形成橡膠狀鋰導體的聚合物鏈網絡生產了固體電解質，這種方法雖然延遲了樹枝狀晶體的生長，但是，這些材料很復雜，損壞后無法回收或修復。

為了解決這個問題，研究人員開發了一種網絡聚合物電解質，其中的交聯點可以發生交換反應并交換聚合物鏈。研究人員說，與線性聚合物相比，這些網絡實際上在加熱時會變硬，從而可以最大程度地減少枝晶問題。此外，它們在損壞后很容易分解并重新固化成網狀結構，使其可回收利用，并且由于其自愈性，因此在損壞后可以恢復導電性。

“這種新型的網絡聚合物還顯示出卓越的特性，即電導率和剛度都隨加熱而增加，這是常規聚合物電解質所沒有的，” Jing說。

材料科學與工程學教授，論文第一作者克里斯托弗·埃文斯說：“大多數聚合物都需要強酸和高溫才能分解。而我們的材料在室溫下可溶于水，是一種非常節能且環保的工藝。”

研究小組探究了這種新材料的導電性，并發現了其作為有效的電池電解質的潛力，但是他們承認，要與目前使用的電池相媲美，還需要一定的過程。

埃文斯說：“我認為這項工作為其他人提供了一個有趣的測試平臺，我們在聚合物中使用了一種非常特殊的化學物質和一種非常特殊的動態鍵，但我們認為這個平臺可以進行重新配置，從而與許多其他化學物質一起使用，能夠調整傳導率和機械性能。”
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