自我修复能力延长了电动汽车电池的使用寿命

电动汽车有助于改善空气质量。早在生产过程中，尤其是蓄电池的生产过程中，除了性能优化之外，环境保护和可持续性也是关注的焦点。哈勒–维滕贝格马丁路德大学的科学家们正在开发自愈性聚合物，这种聚合物有助于提高锂离子电池的存储容量，同时延长其使用寿命。

随着电动汽车的兴起，作为电动汽车储能设备的电池其制造规模也日益壮大。电动汽车的生产应确保生态环保，尽可能降低碳足迹，这也是锂离子蓄电池能够打开市场的原因。它们确保在尽可能小的空间内实现高性能，智能手机、平板电脑、笔记本和数码相机早已验证了这类电池的功能和特性。这些充电电池如今也用在了电动汽车上。然而，充电间隔时间短的问题遭到了消费者的诟病。

哈勒–维滕贝格马丁路德大学化学研究所的沃尔夫冈·宾德（Wolfgang Binder）教授表示：“电动汽车电池若要具备更大的存储容量和更长的使用寿命，我们的研发重点要放在锂离子电池所使用的材料性质上。”教授还联系了锂开采国的环境和社会福利等全球性的问题。越来越多的汽车制造商希望将锂离子蓄电池单池制造的专业知识整合到自己的企业中。这一点不仅出于经济性的考虑，也涉及到可持续性和资源效率。

人类追求“坚不可摧”的材料

在涉及到材料使用寿命的领域，哈勒–维滕贝格马丁路德大学化学研究所的科学家们积极贡献自身的专业知识。宾德教授的团队正致力开发功能聚合物。教授解释道：“聚合物是长链分子，塑料等材料便由此组成。”通过化学方式可以改变这些聚合物的结构、排列和组成，从而形成新的特性。“我们希望在永久耐用材料的追梦路上更近一步”，科学家笑着说。但这不是空想，科学家也没有脱离现实。宾德教授所带领的研究团队开发出可以自行识别最小结构缺陷、甚至可以完成自我修复的原材料，为此在国际上引起了专业人士的关注。

在欧盟研究项目 “永久电池”（BAT4EVER）的框架内，哈雷化学专家团队的研究成果受到青睐。他们携手整个欧洲范围内的科研及工业合作伙伴，一同应对挑战，开发延缓锂离子电池老化过程的技术，同时提高蓄电池的效率。宾德说，司机们都希望装在自己电动汽车上昂贵的电池能持久耐用，充电时只需要在充电桩旁等待五分钟，和加注汽油没什么不同。

诊断和修复

不过，性能的提升和充电时间的缩短会带来一个问题：“电池充放电的速度越快，老化速度就越快，老化程度也越高”，这位化学专家提醒到。简而言之：在充放电循环过程中，电池内的体积会发生变化。材料发生膨胀和收缩，充电过程越快，膨胀和收缩就发生的越频繁。这导致出现裂缝，使得电池电极和电解质过早遭到破坏，从而有损于电池的容量，随着电池年龄的增长，充电变得愈发困难。

因此，“永久电池”必须使用能够补偿这类体积变化的材料。该欧盟项目正在开发一种用于检测和修复早期损坏的诊断和修复系统。宾德教授团队开发的功能材料对该项目而言非常有用。其中包含一种可逆的粘合剂，能将充放电过程中受力的电极 “固定在一起”。宾德介绍说，这是一种粘性凝胶，其化学键在体积变化时发生断裂又重新组合。在这个过程中，凝胶形成一层保护膜，可以“堵住”电极上最细微的裂缝，从而防止损坏变大。

“永久电池”

宾德教授说： “在这一欧盟项目框架内，我们希望测试这种置于电解液内的自我修复系统对蓄电池的操作系统会产生什么影响。”电池内部的运作机制好比钟表的发条装置。一旦改变发条里的单个齿轮，就必须仔细研究这一改变是否最终能对整个过程产生积极的影响。这也适用于材料性质的变化。

宾德考虑到了全生命周期，包括最终的电动汽车蓄电池回收。 他说，这个研究领域也存在许多棘手的问题，亟待解决。从这个角度来看，延长电动汽车蓄电池的使用寿命将大有裨益。

作者：Kathrain Graubaum/IMG萨克森-安哈尔特公司。