现在,电动汽车市场迅速发展。为了延长车辆的续航里程,对高容量电池的需求不断增长。据外媒报道,韩国浦项科技大学(POSTECH)和西江大学(Sogang University)的研究人员开发了一种功能性聚合物粘合剂,可用于稳定、高容量的负极材料,从而将当前电动汽车的续航里程至少提高10倍。
(图片来源:浦项科技大学)
比起传统石墨负极,采用这种带电聚合物粘合剂的负极材料,可以实现10倍以上的容量。这一突破是通过用硅负极代替石墨并结合分层带电聚合物实现的,同时保持了稳定性和可靠性。
对于创建高能量密度锂离子电池,硅等高容量负极材料十分重要,可以提供至少10倍于现有石墨或其他负极材料的容量。挑战在于,在与锂反应的过程中,高容量负极材料体积膨胀,对电池性能和稳定性构成威胁。为了解决这个问题,研究人员一直在探索可以有效控制体积膨胀的聚合物粘合剂。
然而,目前的研究仅集中于化学交联和氢键结合。化学交联涉及粘合剂分子之间的共价键合。这使它们成为固体,但存在一个严重的缺陷,这些键一旦破裂,就无法修复。从另一方面来看,氢键结合是分子间基于电负性差异的可逆二次键合,但强度(10–65 kJ/mol)相对较弱。
该团队开发的新型聚合物不仅利用氢键,还利用了库仑力(正负电荷之间的引力)。这些力的强度为250 kJ/mol,远高于氢键结合的强度,由于具有可逆性,容易控制体积膨胀。
高容量负极材料表面大多带负电荷,而层状带电聚合物以正负电荷交替排列,可有效地与负极结合。此外,该团队还引入了聚乙二醇来调节物理性质,以促进锂离子扩散,从而获得锂离子电池中的高容量厚电极,并充分提升能量密度。
研究负责人Soojin Park教授表示:“通过结合高容量负极材料,该研究具有明显提升锂离子电池能量密度的潜力,由此延长了电动汽车的续航里程。使用硅基负极材料,有望将车辆续航至少提高10倍。”
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