韓國研究人員開發(fā)了一種新型的全固態(tài)二次電池電極結(jié)構(gòu)。如果采用該技術(shù)，電池的能量密度將比現(xiàn)有技術(shù)顯著提高，對高性能二次電池的發(fā)展有巨大的貢獻(xiàn)。

ETRI的研究人員正在研究一種新型的全固態(tài)二次電池電極結(jié)構(gòu)。

來自電子與電信研究所(ETRI)和大州慶北科學(xué)技術(shù)研究所(DGIST)的一個聯(lián)合研究小組在識別了鋰離子在活性材料之間容易擴散的機理后，設(shè)計了一種全固態(tài)二次電池的新型電極結(jié)構(gòu)。他們在ACS能源快報上發(fā)表了他們的研究結(jié)果，這是一本由美國化學(xué)學(xué)會(ACS)經(jīng)營的專門研究能源領(lǐng)域的國際在線學(xué)術(shù)期刊。

與只能使用一次的初級電池不同，次級電池可以反復(fù)充電和使用。二次電池技術(shù)對機器人、電動汽車、儲能系統(tǒng)(ESS)和無人機的重要性正逐年增加。

全固態(tài)二次電池使用固體電解質(zhì)在電池電極內(nèi)傳輸離子。固體電解質(zhì)比液體電解質(zhì)安全，液體電解質(zhì)會引起火災(zāi)。此外，固體電解質(zhì)可以實現(xiàn)在雙極型二次電池，以增加能量密度的簡單電池配置。

傳統(tǒng)的全固態(tài)二次電池的電極結(jié)構(gòu)包括負(fù)責(zé)離子傳導(dǎo)的固體電解質(zhì)，提供電子傳導(dǎo)手段的導(dǎo)電添加劑;負(fù)責(zé)儲存能量的活性材料;以及在物理和化學(xué)上保持這些組成部分的粘合劑。

然而，ETRI的研究人員通過系統(tǒng)的實驗發(fā)現(xiàn)，離子甚至可以在石墨活性物質(zhì)顆粒之間傳輸。他們提出了一種新型的全固態(tài)二次電池電極結(jié)構(gòu)，僅由活性材料和粘合劑組成。研究人員證實，即使在電極中不添加固體電解質(zhì)添加劑，全固態(tài)二次電池的性能也可能更好。

在DGIST通過在超級計算機上運行的一個虛擬模型的電化學(xué)測試，驗證了ETRI提出的新結(jié)構(gòu)的理論可行性。ETRI的研究人員成功地在實際實驗中演示了這種結(jié)構(gòu)。其結(jié)果是一個依賴擴散的全固態(tài)電極。

如果采用ETRI技術(shù)，電極將不再需要固體導(dǎo)電添加劑材料;相反，活性更強的物質(zhì)可以被壓縮到相同的體積中。也就是說，電極中活性物質(zhì)的含量可增加98wt%，能量密度是常規(guī)石墨復(fù)合電極的1.5倍。

該技術(shù)在制造過程方面也有優(yōu)勢。硫化物型固體電解質(zhì)具有較高的離子電導(dǎo)率和中等的可塑性，被認(rèn)為是制備全固態(tài)電池的理想材料。但是由于它的高化學(xué)反應(yīng)性，當(dāng)涉及到溶劑和粘合劑時，硫化物型固體電解質(zhì)留給電池開發(fā)者很少的選擇。相比之下，新的ETRI電極，開發(fā)人員可以自由選擇在電池中使用的溶劑和粘合劑的類型，因為電極中不包含高活性的固體電解質(zhì)。這也允許研究人員尋求新的方法來改善全固態(tài)二次電池的性能。

參與這項研究的Young-GiLee博士說：“我們首次發(fā)現(xiàn)，離子可以僅通過活性材料進(jìn)行擴散。我們不再受制于現(xiàn)有的全固態(tài)二次電池的結(jié)構(gòu)。我們計劃利用這項技術(shù)開發(fā)具有更高能量密度的二次電池。我們還將確保我們對核心技術(shù)的權(quán)利，并致力于開發(fā)一個可以商業(yè)化的版本。”

雖然ETRI的研究是使用石墨陰極活性材料進(jìn)行的，但它打算在相同的概念基礎(chǔ)上繼續(xù)使用各種其他電極材料進(jìn)行研究。它還計劃提高技術(shù)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的體積來實現(xiàn)。