相信不少人都試過手機用久了，電池愈來愈不耐用。這個問題，其實源自電池內部一場看不見的「壓力戰」。
隨着電動車和各類電子產品的普及，對高能量鋰離子電池的需求急速增加。近年，工程師積極研究高鎳三元正極物料，因為它能儲存更多電量。不過，這種材料也有一個弱點：電池每次充電和放電時，物料都會反覆膨脹和收縮，材料內部累積承受壓力。
久而久之，這些壓力會令電池顆粒出現開裂，電解液內浸，電極表面變化，因而縮短電池壽命。要進一步提升電池的儲能，科學家必須尋找方法減少這些從細微而擴大的損傷。
由科大化學及生物工程學系講座教授陳國華教授帶領的研究團隊，從人體軟骨的緩衝特性獲得啟發，提出了一個創新的解決方案。
團隊最新研發出一種超薄的記憶聚合物納米塗層，可充當電池顆粒的「避震器」。研究人員利用化學氣相沉積技術（Chemical Vapour Deposition，CVD），製造出一種韌性和彈性適中的聚合物，為電池脆弱的內部晶界形成保護層。
這項設計的原理與人體軟骨十分相似。軟骨能透過變形來吸收和分散外來壓力，保護關節和骨骼不受損傷；而這層仿軟骨納米塗層，則能在電池運作時分散內部應力，減少晶間開裂的情況。
研究團隊將這種機制應用到納米尺度︰化學氣體能深入正極物料的晶界，在顆粒之間進行原位聚合，形成一層兼具彈性和緩衝功能的保護層。即使經歷長時間充放電循環，電池內部結構仍能保持穩定。
陳教授表示︰「早於2005年我在麻省理工學院學術訪問期間，便有了將CVD聚合物塗層應用於能量儲存材料的構思。當時，CVD聚合物塗層已成功應用於藥物顆粒的控制釋放。」他又指出，團隊很自豪能在全球率先將CVD技術應用於鋰離子電池材料研究。
這項技術讓電池即使經過數千次充放電循環，仍能維持極高容量，顯示出大規模量產應用的潛力。團隊現正以實現1,000公斤級塗層顆粒量產為目標，支援電動車及電動垂直起降飛行器。這項仿生學突破也再次證明，大自然蘊藏着推動科技發展的靈感。
研究團隊成員包括陳國華教授、科大化學及生物工程學系研究助理教授兼科大博士畢業生劉強博士，以及同系博士後研究員劉雨桐博士。
論文已刊登於國際頂尖學術期刊《自然—納米技術》，題為 「透過記憶聚合物納米塗層在易碎電池正極活性物料中實現應力的動態去局域化」。請參閱新聞稿了解更多。
