浦項科技大學開發(fā)納米結構電解質 提高固態(tài)電池的離子電導率

時間:2021-08-24 08:44來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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(圖片來源:浦項科技大學)
 
       隨著對電動汽車的需求日益增長,全固態(tài)電池日益受到關注。由于鋰離子電池存在易爆風險,全固態(tài)電池被視為新一代電池選項。然而,固態(tài)聚合物電解質的離子電導率低,固態(tài)硫化物電解質的化學穩(wěn)定性低,阻礙了電動汽車的普及。據(jù)外媒報道,浦項科技大學(POSTECH)創(chuàng)建了一種“無死區(qū)”聚合物電解質,從而加快離子傳輸速度,推進全固態(tài)電池商業(yè)化。
 
       該研究團隊創(chuàng)建了一種新型嵌段共聚物電解質(block copolymer electrolyte),可通過靜電相互作用來控制結構。在傳統(tǒng)二維形態(tài)中,不可避免地會存在死區(qū)(dead zone),這些區(qū)域的離子遷移率較低。這項研究從根本上解決了這一問題。
 
       目前,大部分儲能系統(tǒng)仍在使用鋰離子電池。在鋰離子電池中,離子通過電解液移動,而電解液具有易燃性,極易導致電池發(fā)生火災或爆炸。為了克服這一缺陷,全固態(tài)電池采用固態(tài)電解質。聚合物具有彈性,即使在發(fā)生碰撞情況下,基于聚合電解質的全固態(tài)電池,也能保持穩(wěn)定性能,不易發(fā)生火災。而且,與同等尺寸和重量的鋰離子電池相比,其能量密度要高出1.5-1.7倍,使用時間也更長。與鋰離子電池相比,全固態(tài)電池中只有一個電極和電解質,正負極之間沒有隔板?茖W家們通過控制聚合電解質的靜電相互作用,創(chuàng)建了一種納米結構電解質。
 
       研究人員通過先進的合成方法,合成了一組具有不同靜電相互作用強度的聚合物電解質,并通過小角X射線散射剖面(SAXS profile),證實了這些電解質的納米結構。另外,韓國科學家首次通過大量分子動力學模擬,分析了納米結構中的離子分布。研究人員通過模擬,檢測在幾埃(Å)尺度上的電荷分布,并確認這是創(chuàng)建新穎的3D低對稱形態(tài)的關鍵。
 
       本研究的獨特之處在于,低對稱性形態(tài)在雙金屬化合物材料中很常見,對于聚合物電解質而言,卻是前所未有的。另外,通過實驗和理論計算,系統(tǒng)地確定了這些納米結構形成的原因,具有重要意義。此外,這項研究首次提出了一種方法,通過控制聚合物電解質中Å單位水平的電荷分布,來制備電導率比二維形態(tài)高10倍的固體電解質。
 
       研究人員表示,比起典型的二維結構,新納米結構能夠極大提升離子導電性。這為加速全固態(tài)電池商業(yè)化,開發(fā)安全電池,提供了潛在路徑。
 
(責任編輯:子蕊)
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