UD发明旨在改善电池性能

这一切都始于聚合物，聚合物是由小分子组成的材料，如项链上的珠子串在一起，形成一条长链。通过化学连接两种或多种具有不同性质的聚合物链，工程师可以创造嵌段聚合物，利用两种材料的显着特征。例如，聚苯乙烯泡沫塑料杯中的聚苯乙烯相对较硬且易碎，而聚异戊二烯（从橡胶树上拍打）是粘稠的和糖蜜状的。当这两种聚合物通过化学方式连接时，工程师可以为汽车轮胎和橡皮筋等日常用品制作材料，这些材料可以保持其形状，但具有抗冲击性和可拉伸性。

Epps作为麻省理工学院的本科学生在PaulaHammond教授的实验室工作时被引入阻止聚合物，并且当他在AdelHalasa下的固特异轮胎和橡胶公司工作时作为创业板奖学金的一部分。固特异正在探索使用锥形多组分聚合物来制造更具弹性的轮胎，轮胎可以更好地抓住路面而不会牺牲性能或耐用性。

多年后，在UD的工作中，Epps的团队更进一步，并意识到他们可以调整这些聚合物的纳米尺度（人类头发宽度的1/1000）结构，使材料具有一定的机械，热和导电性。

嵌段聚合物的一个好处是它们允许科学家将两种或多种通常是化学不相容的组分结合起来，这意味着它们不会混合（想想油和水）。然而，同样的好处可能对如何处理材料提出挑战。Epps集团确定，逐渐缩小两个不同聚合物链连接的区域可以促进高度不相容材料之间的混合，从而通过在制造过程中需要更少的能量或更少的溶剂来使加工和制造更快且更便宜。

操纵锥度还允许研究人员控制可由嵌段聚合物形成的纳米级结构。通过结合锥度，Epps团队可以创建纳米级网络，使电池材料更具导电性，引入纳米级高速公路并消除交通瓶颈，允许离子以更高的速度移动并使聚合物在电池应用中更有效。

“从技术上讲，我们希望更快地进行离子聚合物中的这种方法可以让我们从电池中获得更多的电力。它可以让电池以更安全的方式更快地充电。我们还没有，但是这就是目标，“Epps说，他通过UD的经济创新与合作办公室获得了该概念的专利。

他称这项工作是聚合物科学的“设计者方法”。化学和生物分子工程博士生PriyankaKetkar希望通过研究改变世界。Ketkar将Epps研究小组描述为一个很好的选择，她正在锻炼自己的精神肌肉，解决与能量储存相关的相关问题。

在实验室实验中，Ketkar和Epps集团的其他人已经表明，在聚合物电解质链之间引入锥形区域实际上增加了在一定温度范围内的总体离子电导率。例如，在室温下，锥形材料的导电性是非锥形材料的两倍。但这还不是全部。锥度也提高了材料的加工能力。

“先前提高电导率的方法要么使聚合物更难加工，要么使用更多的化学溶剂，这使得材料更易燃，更不环保，”Ketkar说。“这就是为什么我对这种新方法感到非常兴奋。”

设计师聚合物可用于锂离子电池，但也适用于其他可充电系统，如钠离子和钾离子电池，Epps说。其他应用包括使用锥形聚合物制造可在较低温度下生产的材料或用于轮胎，橡胶带和粘合剂等应用的溶剂较少的材料。

随着技术发展，Epps预计未来5到10年将迎来大量可以弯曲和翻滚的设备，如手机和电脑。“这种方法的唯一方法是，如果所有组件都是灵活的，包括电池和电源单元，不仅仅是外壳，屏幕或按钮，”Epps说。“这一方面是嵌段聚合物变得非常理想的地方，因为它像橡皮筋一样，尽管有拉伸，弯曲和其他操作用聚合物来记住它的形状，你可以使内部组件更具抗冲击性和减震性，这将改善手机的使用寿命“。设计师聚合物也可能有其他应用。

“如果足球内部有一个传感器设计用于在球员越过特定码数时提醒官员，比如第一次击球，该怎么办，”埃普斯说。“你不需要依赖官方的戏剧观看或即时重播。”但是，足球会被抛到一边，持有它们的球员经常受到打击。

结语：“你需要一些不会破裂或泄漏的东西，所以使用具有材料特性的聚合物，橡皮筋，也可以像电池那样传导离子，这将是一个完美的解决方案，”Epps说。“这条大道是你可以想象这些材料开花的一个方向。”Epps最近被任命为英国皇家化学学会的成员。为了获得这一荣誉，科学家必须对化学科学产生影响。