本文參加百家號#科學了不起#系列徵文賽。
韓國研究人員開發出一種新型全固態二次電池的電極結構。如果採用這種技術，與現有技術相比，電池的能量密度可大幅提高，對高性能二次電池的開發有巨大貢獻。
來自電子通信研究所（ETRI）和大邱慶北科學與技術研究所（DGIST）的聯合研究小組在確定了活性材料之間鋰離子擴散的機理後，設計了一種用於全固態二次電池的新電極結構。他們將研究成果發表在由美國化學學會（ACS）主辦的國際在線學術期刊《ACS Energy Letters》上。
與一次電池只能使用一次不同，二次電池可以重複充電和使用。二次電池技術對機器人、電動汽車、儲能系統（ESS）和無人機的重要性正逐年增加。
全固態二次電池使用固體電解質在電池電極內傳輸離子。與液態電解質相比，固體電解質更安全，因為液態電解質會引起火災。而且，固體電解質可以在雙極型二次電池中實現，通過簡單的電池配置來提高能量密度。傳統全固態二次電池的電極結構包括負責離子傳導的固體電解質、提供電子傳導手段的導電添加劑；負責儲存能量的活性材料；以及從物理和化學上固定這些構成部分的粘結劑。
然而，ETRI的研究人員通過系統實驗發現，即使在石墨活性材料顆粒之間，離子也會進行傳輸。並且他們提出了一種新型的全固態二次電池的電極結構，只由活性材料和粘結劑組成。研究人員發現，即使電極內沒有固體電解質添加劑，全固態二次電池的性能也有可能更優越。
ETRI提出的新型結構的理論可行性在DGIST通過在超級計算機上運行的虛擬模型的電化學測試得到了驗證。ETRI的研究人員成功地在實際實驗中展示了這種結構。其結果是一個擴散依賴性的全固態電極。
如果採用ETRI的技術，電極中的固體傳導添加材料將變得沒有必要，相反，更多的活性材料可以被擠壓到相同的體積中。換句話說，電極中的活性材料量可以增加98wt%，因此，可以使能量密度比傳統的石墨複合電極大1.5倍。
該技術在製造工藝方面也具有優勢。硫化型固體電解質具有較高的離子導電性和適度的可塑性，被認為是製造全固態電池的優良候選材料。但由於其高化學反應性，在溶劑和粘結劑方面，硫化物型固體電解質留給電池開發者的選擇非常少。相比之下，使用新的ETRI電極，開發人員可以自由選擇電池中使用的溶劑和粘結劑類型，因為該電極不含高反應性的固體電解質。這也使得研究人員可以追求提高全固態二次電池性能的新方法。
雖然ETRI使用石墨陰極活性材料進行研究，但他們計劃使用其他各種電極材料，基於同樣的概念繼續研究。還計劃改進該技術，以提高效率。這可以通過消除電極之間的界面問題和使電極體積變薄來實現。
論文標題為《Diffusion-Dependent Graphite Electrode for All-Solid-State Batteries with Extremely High Energy Density》。