Schematisk illustration av det termoresponsiva Zn/α-MnO 2 batterier med reversibel sol-gel-övergångselektrolye. Upphovsman:© Science China Press
Frågan om termisk tillflykt har varit ett långvarigt hinder som hindrar utvecklingen av hög energitäthet, batterier med hög effekt. Dessa batterier skulle generera mycket värme vid ultrasnabb laddning/urladdning eller farliga förhållanden, såsom överladdning och kortslutning. För att avleda värmen som ackumuleras i batterierna, fysiska säkerhetsdesigner, såsom smältbrytare, släckmedel, och avstängning nuvarande samlare har anställts. Dock, dessa metoder ger bara ett engångsskydd. Det finns ingen bestämmelse för dessa strategier för att spontant återställa batteriets ursprungliga skick när temperaturen har svalnat. Därför, intelligenta och aktiva interna säkerhetsstrategier krävs för att tillverka smarta batterier med dynamisk elektrokemisk prestanda och självanpassad reaktion på temperaturen.
Vändbara sol-gel-övergångshydrogeler har fått ett stort forskningsintresse på grund av deras smarta svar på omgivningstemperatur. De är normalt i flytande tillstånd vid eller under rumstemperatur och kan omvandlas till stationära geler vid uppvärmning över en kritisk temperatur. Dessutom, denna övergång kan vändas efter nedkylning, visar intressanta temperaturberoende egenskaper. Sol-gel-övergångspolymerer kan potentiellt vara bra kandidater för att designa avancerade batterier med intelligent termiskt ansvar.
Nyligen, ett forskargrupp som leds av prof. Chunyi Zhi från City University of Hong Kong har framgångsrikt syntetiserat en temperaturkänslig sol-gel-övergångselektrolyt bestående av protoninkorporerad poly (N-isopropylakrylamid-ko-akrylsyra) (PNA). De införlivade det i ett laddningsbart Zn/α-MnO2-batterisystem. Efter uppvärmning över den låga kritiska temperaturen, en geleringsprocess sker i PNA sol-gelelektrolyten och hämmar signifikant migrationen av zinkjoner, vilket leder till minskad specifik kapacitet och ökat internt motstånd hos batteriet, så stängs batteriet av.
Efter nedkylning, övergången vänds till flytande tillstånd och en original elektrokemisk prestanda kan återställas. Mer viktigt, till skillnad från traditionella strategier, solgelgelektrolyten ger det termoresponsiva batteriet dynamisk laddnings-/urladdningshastighet vid olika temperaturer, möjliggör "smart" termisk kontroll för batteriet. Detta arbete representerar ett genomförbart koncept för självskyddsbatterier via reversibel solgelövergång.
Dynamisk elektrokemisk prestanda de termoresponsiva Zn/α-MnO2-batterierna vid olika temperaturer. Upphovsman:© Science China Press