研究人员研制出首个能够进行自我修复的电池电极，开辟了一条生产新一代电动汽车锂离子电池的潜在商业途径。据斯坦福大学的研究小组和国家斯坦福直线加速器中心国家加速器实验室能源部透露，该技术的主要秘诀在于包住电极的弹性高分子聚合物，当电池在运转时出现细小的裂口时电极会自动进行修复。
斯坦福博士后研究生，两次主要论文的作者之一王超（音译）表示：“自我修复力对动物和植物的生存和保持长久生命力非常重要。我们希望将这种特质转嫁到锂离子电池中，这样就能够延长锂离子电池的使用寿命。”
王超在斯坦福甄安宝（音译）教授的实验室研发出了一种自我修复聚合物，甄安宝教授的实验室主要致力于研发机器人、传感器、四肢假体和其他用途的柔性电子皮肤。甄安宝将细小的碳纳米粒子加入聚合物中，使之具有导电性。
甄安宝教授表示：“我们发现添加了自我修复聚合物的硅电极的使用寿命是之前的十倍，并且能够在仅仅几小时之内修复所有裂缝。”斯坦福直线加速器中心的副教授易崔（音译）表示：“目前研究人员正在对其其储存电能的能力进行实验，但是我们一定会对其进行进一步研发。在未失去储存电力的能力下电极能持续工作约100个充放电周期。虽然这距我们500个手机电池充放电周期和电动汽车3000个充放电周期的目标还相差甚远，但是据所有的实验数据显示达到目标也是指日可待的事。”
全世界的研究人员都在寻找能够既使锂离子电池负电极存储更多电能又减轻电池重量，提高性能的方法。其中最有发展潜力的一种电极材料就是硅，硅能在电池充电时从电池液中高效吸收锂离子，并在电池工作时释放锂离子。
但是这种电池有一个弊端，当硅电极每次充电和放电时都会膨胀至正常大小的3倍然后再缩小，大大降低了电池的性能。这也是所有大容量电池电极的通病。
新型可自行修复电极采用硅微粒制成，这种材料通常用于半导体和太阳能电池的制造行业。研究人员表示他们将继续改善这种技术，进一步提高硅电极的性能和寿命。
金属自我修复机制被发现或有助于制造新材料
自然界中的生物体和具有记忆功能的有机材料等，在遭受损伤时具有自我康复的功能。麻省理工学院的研究人员在一项金属特性实验中意外发现受损的金属也具有自我修复的功能。
金属合金分子结构电脑模拟显示，微晶粒之间的边界会在压力下出现裂痕。大多数金属都是由细微的晶粒构成，这些晶粒的大小和方向能够影响金属的强度和特性。但在某些条件下，压力可以让这种晶粒的微观结构发生改变：使晶界（晶粒边界）发生移动，而晶界移动则是修复“创伤”的关键。
近几十年来，科研人员对固体金属中晶界的移动一直开展着研究，但发现只有某些晶界才发生导致自我修复的现象，即只有部分晶界延伸到一个晶粒，但不是所有部分。这造成了一种被称之为“向错”的缺陷。实际上早在一个世纪前“向错”就已经被观察到，但当时认为这只是一种奇特现象。当麻省理工学院（MIT）材料科学和工程教授迈克尔·戴姆克维兹和研究生徐国强在实验中意外发现，金属中晶界在受外力作用产生裂痕后可以开展全面的修复行为，而且这种自我修复功能其实是向错缺陷带来的结果。
为重现这一现象，他们为之建立了计算机模型，通过模型演示能清楚地观察到金属材料在遭受外力创伤时，晶界发生移动从而完成自我修复的过程。戴姆克维兹教授认为，金属内部原则上都存在一个缩小外力造成裂痕的机制。
向错有强烈的应力场，“实际上它们完全可以减弱外加负载产生的影响。”戴姆克维兹教授说，“当破裂的材料两边被撕开时，这种机制阻止裂痕不再进一步扩大，并且使之产生愈合。”
发现这个机制后，MIT的研究人员计划进一步研究如何设计出相应的金属合金，以便在特殊应用条件下产生自我修复的功能。戴姆克维兹教授指出，合金微观结构控制技术已经存在，现在只需要计算出如何获得理想的结果。“我们为之打开了通途，如何设计出可以自我复原的金属材料不会太久。”
新型触敏塑料可自行愈合
美国斯坦福大学的科研团队研制了具有敏锐触感，在室温下能迅速、反复愈合的人工合成材料。
斯坦福大学的鲍哲南团队使用了特殊的塑料聚合物，其中包含氢键连接的长链分子，这些分子很容易打散，但当其重新接触时，氢键能自我重组并恢复材料的结构。
研究人员将这种塑料和金属进行混合，新的合成材料既具有塑料聚合物的自我修复能力，又具有金属的导电性。
研究人员将薄带状材料切成两半，将其放在一起按压几秒钟后，材料可恢复75%的机械强度和导电性。如果按压30分钟，该材料性能的恢复接近100%。更重要的是，同一样品可在同一个地方反复切削，经过50次切削，样品的柔韧性和伸展度仍恢复的完好如初。
鲍哲南表示，该材料对下压和屈曲都非常敏感，因此利用这种材料制成的假肢在关节处将有更好的弯曲度;覆有这种材料的电气设备和电线也可自我修复。研究团队的下一个目标是使材料更透明，更具弹性，以使其适用于电子设备或显示屏的外表面。
新型电极材料有助提高锂离子电池容量
近年来，电动汽车因其环保特性而备受推崇，但与汽油车相比，较短的行驶里程限制了其进一步的发展。
日前，新加坡科技研究局下属材料与工程研究院的刘兆林(音译)与中国复旦大学的于艾水(音译)等研究人员，通过研制一种新型锂离子电极材料，增大了锂离子电池的容量，或将帮助电动汽车行驶得更远。相关研究成果日前发表于《电化学通讯》。
据了解，锂离子电池通过使锂离子在电极两端来回穿梭实现充电与放电过程。例如，在充电时，锂离子从通常由锂钴氧化物制造的阳极材料上脱嵌，穿过隔膜和电解液，嵌入到阴极中。放电则以相反的过程进行。
在通常情况下，锂离子电池的阴极由充斥着微小孔隙的石墨材料制造。之前有研究发现，相比石墨材料，氧化铁材料能够让电池拥有更大的容量。但用氧化铁材料作为阴极的电池的充电过程十分缓慢，同时，这种材料在经历数次充放电循环之后，就会被锂离子破坏，进而影响电池容量。
而在最新的研究中，刘兆林和于艾水推测，相比氧化铁阴极，阴极由氧化铁纳米粒子制造的电池的充电过程或许将会快许多，因为这种纳米材料的孔隙十分合适锂离子嵌入。并且，这些孔隙还能够随着锂离子嵌入而作出相应的改变。
为了验证这一想法，研究人员通过在水中加热硝酸铁，得到了大小为5纳米的氧化铁粒子，也就是α-Fe2O3。然后，他们将这些粒子与炭黑粉末相混合，利用聚偏二氟乙烯加以固定，将这一混合物覆盖在铜箔上面，最终制成电池阴极。
实验表明，在第一轮充放电过程中，使用新型阴极电池的转化效率为传统电池的75%~78%，但是，经过几轮充放电，新型电池的效率达到了传统电池的98%。
对此，研究人员表示，电池的效率之所以会逐渐提高，是因为在前几轮的充放电过程中，氧化铁纳米粒子被分解到合适的尺寸。而98%这一数据则表明，新型电池已经十分接近目前商用锂电池的水平。
此后的实验表明，大约在230次循环之后，新型电池的效率还维持在97%左右。而且令人欣喜的是，这种电池的容量达到了1009毫安时/克，几乎比传统石墨阴极电池高出了三倍。同时，新型电池没有遇到困扰其他氧化铁阴极电池的退化问题。
目前，该团队正在优化纳米合成过程，并且着手提高氧化铁纳米电极在初始循环中的转化效率。
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