新型聚合物增加能量密度，稳定锂离子电池

大学公园,爸爸。——宾夕法尼亚州立大学的研究人员开发了一种新方法，可以在可充电锂离子电池中广泛使用硅基阳极，这种阳极可以让电流进入设备。

这项研究发表在12月6日的《自然通讯》(Nature Communications)杂志上，它代表着许多依赖电池的技术向前迈出了关键的一步，其中包括电动汽车和智能手机。

机械与化学工程教授王东海表示:“硅已被确定为下一代锂离子电池极具前景的负极材料。”“但研究表明，这种材料在循环过程中变得非常不稳定。”

当电池完成其功率循环时，电池正极中的硅会显著扩张和收缩，这限制了其商业应用的潜力。

在充放电过程中，这些重复的体积变化被称为锂化和脱硫，最终导致细胞内的结构损伤。随着时间的推移，这种退化的影响可能会导致不稳定，如爆炸，降低电池寿命。

然而，研究人员采用了一种新的策略，使硅保持弹性，从而实现更好的能量传输，同时保持电池电极的最终完整性。

王说:“我们发现，如果你用超弹性凝胶聚合物电解质(GPE)的缓冲层包围硅基阳极，它可以让硅保持稳定，因此粒子不会在电极内移动。”

王说，这种独特的方法结合了两种方法的优点。GPE由软醚域和硬循环域组成，软醚域对其弹性做出响应，而硬循环域可防止聚合物过度膨胀。

他说:“这是一种新方法，两个组件协同工作，使GPE适当膨胀和收缩，同时保持硅阳极结构稳定。”

通过绕过目前硅基阳极所带来的问题，研究人员估计这项工作可以将锂离子电池的能量存储提高20%。

“这是一种使能技术，允许在阳极中使用纯硅，”王说。“传统上，只有5%的硅被使用，所以这种材料的助推效果是有限的。但通过使用这种方法，用纯硅代替它将显著增加电池的容量和能量密度。”

作为宾州州立大学电池和储能技术(BEST)中心的一名研究人员，这一努力代表了王对该领域的最新贡献。

他说:“这项工作绝对是为电动车或小型电子产品制造更好电池的方法之一。”“通过硅和GPE的结合，这是创造下一代锂离子电池的途径。”

该项目的其他贡献者包括机械工程研究生和博士后研究员，其中包括黄清泉、宋江轩、王代为和刘帅，化学研究生高月，以及亚什兰专业配料的行业合作伙伴，彭书福、考特尼·亚瑟和艾伦·格里亚舍夫斯基。