韩国研究人员已经开发出一种用于全固态二次电池的新型电极结构。如果采用该技术,则与现有技术相比,电池的能量密度可能会显着增加,从而为高性能二次电池的发展做出了巨大贡献。

研究人员开发了用于全固态二次电池的新电极结构

电子和电信研究院(ETRI)和大邱庆北科技大学(DGIST)的联合研究小组在确定了活性物质之间锂离子容易扩散的机理后,为全固态二次电池设计了一种新的电极结构。材料。他们将结果发表在ACS Energy Letters上,这是由美国化学学会(ACS)运营的国际在线学术期刊,专门研究能源领域。

与只能使用一次的一次电池不同,二次电池可以充电并重复使用。二次电池技术对机器人,电动汽车,能量存储系统(ESS)和无人机的重要性正在逐年提高。

全固态二次电池使用固体电解质在电池电极内传输离子。固体电解质比液体电解质更安全,因为这会引起火灾。而且,可以在双极型二次电池中实现固体电解质,以通过简单的电池配置来增加能量密度。

常规的全固态二次电池的电极结构由负责离子传导的固体电解质组成,后者是提供电子传导手段的导电添加剂。负责储存能量的活性物质;以及在物理和化学上保持这些组成部分的粘合剂。

但是,ETRI研究人员通过系统实验发现,即使在石墨活性材料颗粒之间也可以运输离子。他们提出了一种新型的电极结构,该电极结构用于仅由活性材料和粘结剂组成的全固态二次电池。研究人员证实,即使电极内没有固体电解质添加剂,全固态二次电池的性能也可能更高。

DGIST通过在超级计算机上运行的虚拟模型的电化学测试,验证了ETRI提出的新型结构的理论可行性。ETRI研究人员在实际实验中成功演示了这种结构。结果是扩散相关的全固态电极。

如果采用ETRI的技术,则在电极中将不需要固体导电添加剂材料。取而代之的是,可以将更多活性材料挤压到相同的体积中。换句话说,电极中的活性材料的量可以增加至多98wt%,结果,可以使能量密度比传统的石墨复合电极大1.5倍。

该技术在制造过程方面也具有优势。具有高离子电导率和适度可塑性的硫化物型固体电解质被认为是制造全固态电池的极佳选择。但是由于其高化学反应性,硫化物型固体电解质在溶剂和粘合剂方面为电池开发人员提供了很少的选择。相反,使用新型ETRI电极,开发人员可以自由选择要在电池中使用的溶剂和粘合剂的类型,因为该电极不包含高反应性的固体电解质。这也使研究人员能够寻求新方法来改善全固态二次电池的性能。

参与这项研究的Young-Gi Lee博士说:“我们首次揭示了离子可以仅通过活性材料进行扩散。我们不再局限于现有的全固态结构我们计划使用这种技术来开发具有更高能量密度的二次电池。我们还将确保我们拥有核心技术的权利,并致力于可商业化的版本。”

尽管ETRI使用石墨正极活性材料进行了研究,但它打算继续基于使用其他各种电极材料的相同概念进行研究。它还计划增强技术以提高效率。这可以通过消除电极之间的界面问题和减薄电极的体积来实现。