韓國(guó)研究人員開發(fā)了一種可用于全固態(tài)二次電池的新型電極結(jié)構(gòu)。如果這項(xiàng)技術(shù)得到采用，與現(xiàn)有技術(shù)相比，電池的能量密度將顯著提高，極大促進(jìn)高性能二次電池的發(fā)展。

聯(lián)合研究小組的成員分別來自韓國(guó)電子通信研究院(ETRI)和大邱慶北科學(xué)技術(shù)院(DGIST)。他們發(fā)現(xiàn)鋰離子在活性物質(zhì)之間容易擴(kuò)散的機(jī)理，并針對(duì)全固態(tài)二次電池設(shè)計(jì)了一種新型電極結(jié)構(gòu)。

與只能使用一次的原電池不同，二次電池可以充電并重復(fù)使用。對(duì)于機(jī)器人、電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能系統(tǒng)(ESS)和無人機(jī)等應(yīng)用來說，二次電池技術(shù)的重要性正在逐漸提升。全固態(tài)二次電池通過固體電解質(zhì)在電池電極內(nèi)傳輸離子，與液態(tài)電解液相比，固體電解質(zhì)更加安全，不易引發(fā)火災(zāi)。此外，在雙極型二次電池中，可以使用固體電解質(zhì)，通過簡(jiǎn)單的電池配置來提升能量密度。

在常規(guī)全固態(tài)二次電池的電極結(jié)構(gòu)中，固體電解質(zhì)負(fù)責(zé)傳導(dǎo)離子，導(dǎo)電添加劑提供電子傳導(dǎo)方式，活性材料負(fù)責(zé)儲(chǔ)存能量，而粘合劑可以從物理和化學(xué)意義上支持這些構(gòu)成部分。然而，ETRI的研究人員通過系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，即使在石墨活性物質(zhì)顆粒之間，也可以傳輸離子。他們提出一種新的電極結(jié)構(gòu)，可用于僅由活性物質(zhì)和粘合劑組成的全固態(tài)二次電池。研究人員證實(shí)，即使電極內(nèi)沒有固體電解質(zhì)添加劑，全固態(tài)二次電池也可以表現(xiàn)出更好的性能。

在DGIST，研究人員通過在超級(jí)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行虛擬模型電化學(xué)測(cè)試，驗(yàn)證ETRI提出的新型結(jié)構(gòu)的理論可行性。在具體實(shí)驗(yàn)中，ETRI研究人員成功演示了這種結(jié)構(gòu)，其結(jié)果是形成依賴于擴(kuò)散的全固態(tài)電極。如果采用ETRI的技術(shù)，電極中將不再需要固體導(dǎo)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(zhì)含量可增加至98wt%，使能量密度大于常規(guī)石墨復(fù)合電極的1.5倍。

這項(xiàng)技術(shù)在制造工藝方面也具有優(yōu)勢(shì)。硫化物類固體電解質(zhì)具有較高的離子電導(dǎo)率和適當(dāng)?shù)目伤苄裕徽J(rèn)為是制備全固態(tài)電池的理想候選材料。但是，由于其化學(xué)反應(yīng)活性高，硫化物類固體電解質(zhì)使得電池開發(fā)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(fā)者可以自由地選擇在電池中使用的溶劑和粘合劑，因?yàn)殡姌O中沒有高活性固體電解質(zhì)。因此，研究人員可以進(jìn)一步尋求新方法，提高全固態(tài)二次電池的性能。

研究人員Young-GiLee博士表示：“我們首次發(fā)現(xiàn)，離子可以僅通過活性物質(zhì)進(jìn)行擴(kuò)散。我們不再局限于現(xiàn)有全固態(tài)二次電池的結(jié)構(gòu)。我們計(jì)劃利用這項(xiàng)技術(shù)，開發(fā)能量密度更高的二次電池。我們還將確保擁有核心技術(shù)的權(quán)利，并致力于將其投入商用。”

本次研究使用的是石墨正極活性材料。ETRI計(jì)劃，在相同的概念基礎(chǔ)上，繼續(xù)對(duì)其他電極材料進(jìn)行研究。他們還計(jì)劃加強(qiáng)這項(xiàng)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體積來實(shí)現(xiàn)。

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