可逆的溶胶凝胶转变电解质解决电池热失控问题

长期以来，热失控问题一直是阻碍具有高能量密度和高功率输送电池发展的障碍。在超快速充放电过程或其他危险情况下,电池会在瞬间产生大量热量，进而引发安全问题。为了消散电池中积聚的热量，科学家们已经提出了几组物理安全保护措施，例如采用熔断式开关、灭火剂和关闭电流收集器等。但是，这些物理防护方法仅提供了一次性保护，使用了这些措施，无法保证在电池温度冷却后可以自发恢复其原始工作状态。因此，我们需要设计更加智能和能够主动响应的内部安全策略，以制造具有动态电化学性能和对温度具有自适应响应的智能电池。

目前市面上出现了一种水凝胶，这种基于溶胶凝胶的过度水凝胶由于对环境温度的敏感性而受到了广泛的研究兴趣。在低于室温的情况下，它们通常是液态的，而在加热到临界温度以上时，可以很快转变成固态凝胶。此外，这种相变转变是可逆的，这显示出水凝胶极佳的温度敏感性。因此，这种溶胶凝胶转移聚合物可能是设计具有智能热负荷的高级电池的良好候选者材料。

最近，一个由香港城市大学的支春义（音）教授领导的研究小组宣布他们成功合成了一种温度敏感的溶胶-凝胶过渡态电解质，该电解质中同时掺入了质子态的聚合物（N-异丙基丙烯酰胺-共-丙烯酸）（PNA）。最后这种电解质被用于可充电的Zn/α-MnO2电池系统中。在高于低临界温度的加热之后，包含PNA的溶胶-凝胶电解质中发生凝胶化过程，并且显著抑制锌离子的迁移，这导致了电池比容量的降低，同时电池内阻增加，从而关闭电池。

而在电池冷却后，电解质转变为液态，锌离子可以在电解质中穿行，电池的原始电化学性能得以恢复。更重要的是，与传统策略不同，溶胶-凝胶电解质赋予了热响应电池在不同温度下的动态充放电速率性能，从而实现电池的“智能”热控制。这项工作代表了通过可逆溶胶-凝胶转变实现自保护电池的可行概念。