研究人員開發新型電極結構 可用於全固態二次電池

2020-12-12 蓋世汽車資訊

蓋世汽車訊 據外媒報導，韓國研究人員開發了一種可用於全固態二次電池的新型電極結構。如果這項技術得到採用，與現有技術相比，電池的能量密度將顯著提高，極大促進高性能二次電池的發展。

（圖片來源：etri）

聯合研究小組的成員分別來自韓國電子通信研究院(ETRI)和大邱慶北科學技術院(DGIST)。他們發現鋰離子在活性物質之間容易擴散的機理，並針對全固態二次電池設計了一種新型電極結構。

與只能使用一次的原電池不同，二次電池可以充電並重複使用。對於機器人、電動汽車、儲能系統(ESS)和無人機等應用來說，二次電池技術的重要性正在逐漸提升。全固態二次電池通過固體電解質在電池電極內傳輸離子，與液態電解液相比，固體電解質更加安全，不易引發火災。此外，在雙極型二次電池中，可以使用固體電解質，通過簡單的電池配置來提升能量密度。

在常規全固態二次電池的電極結構中，固體電解質負責傳導離子，導電添加劑提供電子傳導方式，活性材料負責儲存能量，而粘合劑可以從物理和化學意義上支持這些構成部分。然而，ETRI的研究人員通過系統性實驗發現，即使在石墨活性物質顆粒之間，也可以傳輸離子。他們提出一種新的電極結構，可用於僅由活性物質和粘合劑組成的全固態二次電池。研究人員證實，即使電極內沒有固體電解質添加劑，全固態二次電池也可以表現出更好的性能。

在DGIST，研究人員通過在超級計算機上運行虛擬模型電化學測試，驗證ETRI提出的新型結構的理論可行性。在具體實驗中，ETRI研究人員成功演示了這種結構，其結果是形成依賴於擴散的全固態電極。如果採用ETRI的技術，電極中將不再需要固體導電添加劑材料；相反，可以將更多活性材料壓縮至相同體積中。換言之，電極中的活性物質含量可增加至98wt%，使能量密度大於常規石墨複合電極的1.5倍。

這項技術在製造工藝方面也具有優勢。硫化物類固體電解質具有較高的離子電導率和適當的可塑性，被認為是製備全固態電池的理想候選材料。但是，由於其化學反應活性高，硫化物類固體電解質使得電池開發商幾乎無法選擇溶劑和粘合劑。相比之下，有了新型ETRI電極，開發者可以自由地選擇在電池中使用的溶劑和粘合劑，因為電極中沒有高活性固體電解質。因此，研究人員可以進一步尋求新方法，提高全固態二次電池的性能。

研究人員Young-Gi Lee博士表示：「我們首次發現，離子可以僅通過活性物質進行擴散。我們不再局限於現有全固態二次電池的結構。我們計劃利用這項技術，開發能量密度更高的二次電池。我們還將確保擁有核心技術的權利，並致力於將其投入商用。」

本次研究使用的是石墨正極活性材料。ETRI計劃，在相同的概念基礎上，繼續對其他電極材料進行研究。他們還計劃加強這項技術，以提高效率，這可以通過消除電極之間的界面問題和減少電極體積來實現。

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