研究人员已经制造出第一个自行修复的电池电极，为电动汽车，手机和其他设备开发下一代锂离子电池开辟了一条新的，具有潜在商业可行性的途径。斯坦福大学和能源部(DOE)SLAC加速器实验室的研究小组表示，秘密是一种弹性聚合物，可以涂覆电极，将它们粘合在一起并自发地治愈电池操作过程中产生的微小裂缝。
他们在11月19日的“ 自然化学 ” 杂志上报道了这一进展。
“自我修复对动物和植物的生存和长寿命非常重要，”斯坦福大学博士后研究员赵超和该论文的两位主要作者之一说。“我们希望将此功能融入锂离子电池中，以便它们具有较长的使用寿命。”
Chao在Stanford教授Zhenan Bao的实验室开发了自我修复聚合物，他的团队一直致力于柔性电子皮肤，用于机器人，传感器，假肢和其他应用。对于电池项目，他在聚合物中添加了微小的碳纳米颗粒，因此可以导电。
“我们发现，当涂覆自修复聚合物时，硅电极的持续时间延长了10倍，这可以在几个小时内修复任何裂缝，”宝说。
“他们现在储存能量的能力在实际范围内，但我们当然希望推动这一点，”SLAC和斯坦福大学的副教授Yi Cui说道。电极工作约100次充放电循环而不会显着损失其储能容量。“从手机大约500个循环和电动汽车3000个循环的目标来看，这仍然是一个很好的方式，”崔说，“但承诺就在那里，从我们所有的数据来看，它看起来都在起作用。”
全世界的研究人员正在竞相寻找在锂离子电池负极中储存更多能量的方法，以在减轻重量的同时实现更高的性能。最有希望的电极材料之一是硅; 它具有很高的容量，可以在充电过程中从电池液中吸收锂离子，然后在电池投入工作时将其释放。
但是这种高容量需要付出代价：硅电极膨胀到正常尺寸的三倍，并且每次电池充电和放电时都会再次缩小，脆性材料很快就会裂开并崩溃，从而降低电池性能。对于高容量电池中的所有电极来说，这是一个问题，前斯坦福大学博士后吴辉说，他现在是北京清华大学的教员，该论文的另一位主要作者。
为了制造自我修复涂层，科学家故意削弱了聚合物中的一些化学键 – 长链状分子具有许多相同的单元。由此产生的材料容易破裂，但破碎的末端彼此化学吸收，并迅速连接起来，模仿允许生物分子如DNA组装，重排和分解的过程。
Cui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的完整性并改善其性能。一些正在探索用于商业用途，但许多涉及异国材料和制造技术，这些技术难以扩大生产规模。
Cui说，这种自修复电极由硅微粒制成，广泛应用于半导体和太阳能电池行业，是第一种似乎提供实用前进的解决方案。研究人员表示，他们认为这种方法也适用于其他电极材料，他们将继续改进该技术，以提高硅电极的性能和寿命。
