Et smart sikkert genopladeligt zinkion-batteri baseret på sol-gel overgangselektrolytter

Problemet med termisk løbsk har været en langvarig hindring, der hæmmer udviklingen af ​​høj energitæthed, højeffekts leveringsbatterier. Disse batterier ville generere meget varme i ultrahurtig opladnings-/afladningsproces eller farlige forhold, såsom overopladning og kortslutninger. For at sprede den varme, der er akkumuleret i batterierne, fysiske sikkerhedsdesign som f.eks. sikrede afbryderkontakter, slukningsmidler, og nedlukningsstrømaftagere er blevet anvendt. Imidlertid, disse tilgange giver kun engangsbeskyttelse. Der er ingen bestemmelser om disse strategier til spontant at genoprette batteriernes oprindelige driftstilstand, når temperaturen er kølet ned. Derfor, intelligente og aktive interne sikkerhedsstrategier er påkrævet for at fremstille smarte batterier med dynamisk elektrokemisk ydeevne og selvtilpassende reaktion på temperatur.

Reversible sol-gel overgangshydrogeler har fået stor forskningsinteresse på grund af deres smarte reaktion på omgivelsestemperatur. De er normalt i flydende flydende tilstand ved eller under stuetemperatur og kan omdannes til stationære geler, når de opvarmes over en kritisk temperatur. I øvrigt, denne overgang kan vendes efter afkøling, viser interessante temperaturafhængige egenskaber. Sol-gel overgangspolymerer kan potentielt være gode kandidater til at designe avancerede batterier med intelligent termisk ansvar.

For nylig, et forskerhold ledet af prof. Chunyi Zhi fra City University of Hong Kong har med succes syntetiseret en temperaturfølsom sol-gel overgangselektrolyt bestående af proton-inkorporeret poly(N-isopropylacrylamid-co-acrylsyre) (PNA). De inkorporerede det i et genopladeligt Zn/α-MnO2 batterisystem. Efter opvarmning over den lave kritiske temperatur, en geleringsproces forekommer i PNA sol-gel elektrolytten og hæmmer migrationen af ​​zinkioner betydeligt, fører til en nedsat specifik kapacitet og en øget intern modstand i batteriet, dermed lukker batteriet ned.

Efter afkøling, overgangen vendes til flydende tilstand, og en original elektrokemisk ydeevne kan genoprettes. Vigtigere, i modsætning til traditionelle strategier, sol-gel elektrolytten giver det termoresponsive batteri dynamisk opladnings-/afladningshastighed ved forskellige temperaturer, muliggør "smart" termisk kontrol for batteriet. Dette arbejde repræsenterer et gennemførligt koncept for selvbeskyttelsesbatterier via reversibel sol-gel overgang.