革命性的锂离子电池技术有望使电动车续航能力提高10倍

电动汽车市场一直在经历爆炸性增长，2022年全球销售额将超过1万亿美元（约1283万亿韩元/韩元），国内销量将超过108,000辆。不可避免地，对能够延长电动车行驶里程的高容量电池的需求正在增长。最近，来自浦项工科大学与西江大学的一个联合研究小组开发了一种用于稳定的高容量阳极材料的功能性聚合物粘合剂，可以将目前的电动车续航能力提高至少10倍。

由浦项工科大学教授Soojin Park（化学系）和Youn Soo Kim（材料科学与工程系）以及西江大学大学教授Jaegeon Ryu（化学与生物分子工程系）领导的研究小组开发了用于高容量阳极材料的带电聚合物粘合剂，该材料既稳定又可靠，提供的容量是传统石墨阳极的10倍甚至更高。这一突破是通过用硅阳极代替石墨，结合分层带电聚合物，同时保持稳定性和可靠性而实现的。该研究结果作为封面文章发表在《先进功能材料》杂志上。

像硅这样的高容量阳极材料对于制造高能量密度的锂离子电池至关重要；它们可以提供至少10倍于石墨或其他现有阳极材料的容量。但存在的挑战是，高容量负极材料在与锂反应过程中的体积膨胀对电池的性能和稳定性构成了威胁，为了缓解这一问题，研究人员一直在研究能够有效控制体积膨胀的聚合物粘合剂。

然而，迄今为止的研究仅仅集中在化学交联和氢键上。化学交联涉及粘合剂分子之间的共价键，使其成为固体，但有一个致命的缺陷：一旦断裂，键就无法恢复。另一方面，氢键是分子之间基于电负性差异的可逆的二次结合，但其强度（10-65千焦/摩尔）相对较弱。

研究小组开发的新聚合物不仅利用了氢键，而且还利用了库仑力（正负电荷之间的吸引力）。这些力的强度为250千焦/摩尔，比氢键的强度高得多，但它们是可逆的，因此容易控制体积膨胀。高容量阳极材料的表面大多带负电，而分层带电的聚合物交替排列，带正负电，可以有效地与阳极结合。此外，该团队还引入了聚乙二醇来调节物理特性并促进锂离子的扩散，从而形成了锂离子电池中发现的厚实的高容量电极和最大的能量密度。

Soojin Park教授解释说："这项研究有可能通过加入高容量的阳极材料来大幅提高锂离子电池的能量密度，从而延长电动汽车的行驶里程。硅基阳极材料有可能将驾驶里程提高至少10倍"。