2022年全球電動汽車銷售額將超過1萬億美元，韓國國內(nèi)電動汽車銷量將超過10.8萬輛，電動汽車市場正在經(jīng)歷爆發(fā)式增長。對于可以延長電動汽車行駛里程的大容量電池的需求不可避免地在增長。最近，浦項科技大學(xué)(POSTECH)和西江大學(xué)(Sogang University)的聯(lián)合研究團隊開發(fā)了一種用于穩(wěn)定、高容量負極材料的功能性聚合粘合劑，可以將當(dāng)前EV范圍至少提高10倍。
浦項科技大學(xué)樸秀珍教授(化學(xué)系)、金潤洙教授(材料系)、柳宰根教授(化學(xué)生物分子工程系)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開發(fā)出了穩(wěn)定可靠的高容量負極材料的帶電聚合粘合劑，其容量是傳統(tǒng)石墨負極的10倍以上。這一突破是通過將石墨替換為與分層帶電聚合物結(jié)合的硅陽極而實現(xiàn)的，同時保持了穩(wěn)定性和可靠性。該研究成果以封面文章的形式發(fā)表在《先進功能材料》雜志上。
硅等高容量負極材料對于制造高能密度鋰離子電池至關(guān)重要;它們的容量至少是現(xiàn)有石墨或其他陽極材料的10倍。這里的挑戰(zhàn)是，高容量負極材料在與鋰反應(yīng)過程中的體積膨脹對電池性能和穩(wěn)定性構(gòu)成威脅。為了緩解這一問題，研究人員一直在研究能夠有效控制體積膨脹的聚合物粘合劑。
然而，迄今為止的研究只集中在化學(xué)交聯(lián)和氫鍵上?；瘜W(xué)交聯(lián)涉及粘結(jié)劑分子之間的共價鍵，使它們成為固體，但有一個致命的缺陷:一旦斷裂，鍵就無法恢復(fù)。另一方面，氫鍵是分子間基于電負性差異的可逆二次鍵，但其強度(10-65 kJ/mol)相對較弱。
研究小組開發(fā)的新型聚合物不僅利用氫鍵，還利用了庫侖力(正負電荷之間的引力)。這些力的強度為250 kJ/mol，遠高于氫鍵的強度，但它們是可逆的，因此易于控制體積膨脹。高容量負極材料表面多帶負電荷，層狀帶負電荷的聚合物交替排列，有效地與負極結(jié)合。此外，該團隊還引入了聚乙二醇來調(diào)節(jié)物理性質(zhì)，促進鋰離子擴散，從而獲得了鋰離子電池中厚的高容量電極和最大的能量密度。
樸秀珍教授解釋說:“通過引入高容量負極材料，有望大幅提高鋰離子電池的能量密度，從而延長電動汽車的行駛里程。硅基陽極材料有可能將行駛里程提高至少10倍?！?/span>
這項研究是在科學(xué)和信息通信技術(shù)部、納米材料技術(shù)開發(fā)計劃和韓國未來技術(shù)國家研究實驗室的支持下進行的。
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