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研究人员开发新型电极结构 可用于全固态二次电

作者:ag视讯直营 发布于:2020-12-19 16:19 点击量:

  韩国研究人员开发了一种可用于全固态二次电池的新型电极结构。如果这项技术得到采用,与现有技术相比,电池的能量密度将显著提高,极大促进高性能二次电池的发展。

  联合研究小组的成员分别来自韩国电子通信研究院(ETRI)和大邱庆北科学技术院(DGIST)。他们发现锂离子在活性物质之间容易扩散的机理,并针对全固态二次电池设计了一种新型电极结构。

  与只能使用一次的原电池不同,二次电池可以充电并重复使用。对于机器人、电动汽车、储能系统(ESS)和无人机等应用来说,二次电池技术的重要性正在逐渐提升。全固态二次电池通过固体电解质在电池电极内传输离子,与液态电解液相比,固体电解质更加安全,不易引发火灾。此外,在双极型二次电池中,可以使用固体电解质,通过简单的电池配置来提升能量密度。

  在常规全固态二次电池的电极结构中,固体电解质负责传导离子,导电添加剂提供电子传导方式,活性材料负责储存能量,而粘合剂可以从物理和化学意义上支持这些构成部分。然而,ETRI的研究人员通过系统性实验发现,即使在石墨活性物质颗粒之间,也可以传输离子。他们提出一种新的电极结构,可用于仅由活性物质和粘合剂组成的全固态二次电池。研究人员证实,即使电极内没有固体电解质添加剂,全固态二次电池也可以表现出更好的性能。

  在DGIST,研究人员通过在超级计算机上运行虚拟模型电化学测试,验证ETRI提出的新型结构的理论可行性。在具体实验中,ETRI研究人员成功演示了这种结构,其结果是形成依赖于扩散的全固态电极。如果采用ETRI的技术,电极中将不再需要固体导电添加剂材料;相反,可以将更多活性材料压缩至相同体积中。换言之,电极中的活性物质含量可增加至98wt%,使能量密度大于常规石墨复合电极的1.5倍。

  这项技术在制造工艺方面也具有优势。硫化物类固体电解质具有较高的离子电导率和适当的可塑性,被认为是制备全固态电池的理想候选材料。但是,由于其化学反应活性高,硫化物类固体电解质使得电池开发商几乎无法选择溶剂和粘合剂。相比之下,有了新型ETRI电极,开发者可以自由地选择在电池中使用的溶剂和粘合剂,因为电极中没有高活性固体电解质。因此,研究人员可以进一步寻求新方法,提高全固态二次电池的性能。

  研究人员Young-GiLee博士表示:“我们首次发现,离子可以仅通过活性物质进行扩散。我们不再局限于现有全固态二次电池的结构。我们计划利用这项技术,开发能量密度更高的二次电池。我们还将确保拥有核心技术的权利,并致力于将其投入商用。”

  本次研究使用的是石墨正极活性材料。ETRI计划,在相同的概念基础上,继续对其他电极材料进行研究。他们还计划加强这项技术,以提高效率,这可以通过消除电极之间的界面问题和减少电极体积来实现。

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