韓國研究人員已經開發出一種用于全固態二次電池的新型電極結構。如果采用該技術,則與現有技術相比,電池的能量密度可能會顯著增加,從而為高性能二次電池的發展做出了巨大貢獻。

研究人員開發了用于全固態二次電池的新電極結構

電子和電信研究院(ETRI)和大邱慶北科技大學(DGIST)的聯合研究小組在確定了活性物質之間鋰離子容易擴散的機理后,為全固態二次電池設計了一種新的電極結構。材料。他們將結果發表在ACS Energy Letters上,這是由美國化學學會(ACS)運營的國際在線學術期刊,專門研究能源領域。

與只能使用一次的一次電池不同,二次電池可以充電并重復使用。二次電池技術對機器人,電動汽車,能量存儲系統(ESS)和無人機的重要性正在逐年提高。

全固態二次電池使用固體電解質在電池電極內傳輸離子。固體電解質比液體電解質更安全,因為這會引起火災。而且,可以在雙極型二次電池中實現固體電解質,以通過簡單的電池配置來增加能量密度。

常規的全固態二次電池的電極結構由負責離子傳導的固體電解質組成,后者是提供電子傳導手段的導電添加劑。負責儲存能量的活性物質;以及在物理和化學上保持這些組成部分的粘合劑。

但是,ETRI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也可以運輸離子。他們提出了一種新型的電極結構,該電極結構用于僅由活性材料和粘結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,全固態二次電池的性能也可能更高。

DGIST通過在超級計算機上運行的虛擬模型的電化學測試,驗證了ETRI提出的新型結構的理論可行性。ETRI研究人員在實際實驗中成功演示了這種結構。結果是擴散相關的全固態電極。

如果采用ETRI的技術,則在電極中將不需要固體導電添加劑材料。取而代之的是,可以將更多活性材料擠壓到相同的體積中。換句話說,電極中的活性材料的量可以增加至多98wt%,結果,可以使能量密度比傳統的石墨復合電極大1.5倍。

該技術在制造過程方面也具有優勢。具有高離子電導率和適度可塑性的硫化物型固體電解質被認為是制造全固態電池的極佳選擇。但是由于其高化學反應性,硫化物型固體電解質在溶劑和粘合劑方面為電池開發人員提供了很少的選擇。相反,使用新型ETRI電極,開發人員可以自由選擇要在電池中使用的溶劑和粘合劑的類型,因為該電極不包含高反應性的固體電解質。這也使研究人員能夠尋求新方法來改善全固態二次電池的性能。

參與這項研究的Young-Gi Lee博士說:“我們首次揭示了離子可以僅通過活性材料進行擴散。我們不再局限于現有的全固態結構我們計劃使用這種技術來開發具有更高能量密度的二次電池。我們還將確保我們擁有核心技術的權利,并致力于可商業化的版本。”

盡管ETRI使用石墨正極活性材料進行了研究,但它打算繼續基于使用其他各種電極材料的相同概念進行研究。它還計劃增強技術以提高效率。這可以通過消除電極之間的界面問題和減薄電極的體積來實現。