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化工学院高传慧教授团队在化工新材料领域取得新进展

作者:张娜 来源:化工学院 责任编辑:杜宗杰终审:张岩 点击: 日期:2025-05-08

随着新能源技术的迅猛发展,储能设备的高效性与安全性成为核心挑战。其中,热失控问题尤为严峻——在快速充放电、高温或短路等极端工况下,储能系统内部温度骤升,易引发电解液分解、隔膜熔融,甚至导致设备燃烧或爆炸,严重威胁使用安全。传统热管理策略主要依赖于冷却液、风扇等物理散热手段,存在体积大、效率低、难以逆转等局限。而现有的热响应型电解质虽具备热触发保护功能,但普遍存在响应慢、不可逆及保护效果单一等问题,难以满足柔性储能器件对长期稳定性的需求。

针对上述挑战,化工学院高传慧教授团队提出了一种具备“双重保险”机制的智能水凝胶电解质,有效突破传统限制。该电解质以温敏聚合物PNIPAM为主链,嵌入纳米凝胶微球,通过快速相变锁闭离子通道与水分蒸发协同作用,实现对热失控的主动防护与可逆恢复。研究表明,该电解质在65°C环境下能迅速阻断离子传输,显著抑制热失控风险;冷却至常温后,材料结构和电化学性能可基本完全恢复,循环性能稳定,为柔性储能器件的安全性与使用寿命提供了有力保障。

图1双重保险水凝胶电解质自热保护示意图

本研究通过调控亲水性与疏水性单体的比例,成功实现了对水凝胶电解质相转变温度的精准调节。该智能电解质通过构建“双重保险”热防护机制实现主动热管理。第一重防护由嵌入水凝胶基体的纳米微球与水凝胶网络协同作用,在温度升高时快速触发由亲水向疏水状态的转变,从而迅速关闭离子传输通道,有效响应热量积聚。作为补充,材料中水分的蒸发进一步阻碍离子迁移,构成第二重热保险。得益于水凝胶网络的热可逆特性,基质在冷却后能够恢复原有容量;同时,电解质具备良好的再生能力,可动态调节基体含水量,确保离子传输性能的稳定恢复。

图2双重保险机制快速切断离子传输

水凝胶电解质所组装的超级电容器可在无需外部干预情况下感知温度变化并自主调节。在25℃-65℃测试范围内,该超级电容器可在热响应行为触发后,通过可逆网络恢复原有的容量,出色的再生能力确保设备恢复其初始工作状态。

图3水凝胶超级电容器自主热管理行为评估

该工作以Smart Quasi-Solid-State Electrolytes with the “Dual Insurance” Mechanism for Thermal Safety and Autonomous Operation in Flexible Energy Storage Devices为题发表在Advanced Energy Materials。澳门壹号化工学院高传慧教授为论文通讯作者,第一作者为化工学院博士研究生王彦庆。该研究得到山东省泰山产业创新领军人才、山东省自然科学基金和山东省重点研发计划等项目的支持。

原文链接:https://doi.org/10.1002/aenm.202500591

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