可逆的溶膠凝膠轉變電解質，成功解決電池熱失控問題

具有可逆溶膠 - 凝膠轉變電解質的熱響應Zn /α-MnO2電池的示意圖。

圖片來源：科學中國出版社

長期以來，熱失控問題一直是阻礙具有高能量密度和高功率輸送電池發展的障礙。在超快速充放電過程或其他危險情況下,電池會在瞬間產生大量熱量，進而引發安全問題。為了消散電池中積聚的熱量，科學家們已經提出了幾組物理安全保護措施，例如採用熔斷式開關、滅火劑和關閉電流收集器等。 但是，這些物理防護方法僅提供了一次性保護，使用了這些措施，無法保證在電池溫度冷卻後可以自發恢復其原始工作狀態。因此，我們需要設計更加智能和能夠主動響應的內部安全策略，以製造具有動態電化學性能和對溫度具有自適應響應的智能電池。

目前市面上出現了一種水凝膠，這種基於溶膠凝膠的過度水凝膠由於對環境溫度的敏感性而受到了廣泛的研究興趣。在低於室溫的情況下，它們通常是液態的，而在加熱到臨界溫度以上時，可以很快轉變成固態凝膠。 此外，這種相變轉變是可逆的，這顯示出水凝膠極佳的溫度敏感性。 因此，這種溶膠凝膠轉移聚合物可能是設計具有智能熱負荷的高級電池的良好候選者材料。

最近，一個由香港城市大學的支春義（音）教授領導的研究小組宣布他們成功合成了一種溫度敏感的溶膠 - 凝膠過渡態電解質，該電解質中同時摻入了質子態的聚合物（N-異丙基丙烯醯胺 - 共 - 丙烯酸）（PNA）。 最後這種電解質被用於可充電的Zn /α-MnO2電池系統中。在高於低臨界溫度的加熱之後，包含PNA的溶膠 - 凝膠電解質中發生凝膠化過程，並且顯著抑制鋅離子的遷移，這導致了電池比容量的降低，同時電池內阻增加，從而關閉電池。

而在電池冷卻後，電解質轉變為液態，鋅離子可以在電解質中穿行，電池的原始電化學性能得以恢復。 更重要的是，與傳統策略不同，溶膠 - 凝膠電解質賦予了熱響應電池在不同溫度下的動態充放電速率性能，從而實現電池的「智能」熱控制。這項工作代表了通過可逆溶膠 - 凝膠轉變實現自保護電池的可行概念。

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