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浦项科技大学开发纳米结构电解质 提高固态电池的离子电导率

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58京牌 随着对的需求日益增长,全固态电池日益受到关注。由于锂离子电池存在易爆风险,全固态电池被视为新一代电池选项。然而,固态聚合物电解质的离子电导率低,固态硫化物电解质的化学稳定性低,阻碍了电动汽车的普及。,浦项科技大学(POSTECH)创建了一种“无死区”聚合物电解质,从而加快离子传输速度,推进全固态电池商业化。

(图片来源:浦项科技大学)

该研究团队创建了一种新型嵌段共聚物电解质(block copolymer electrolyte),可通过静电相互作用来控制结构。在传统二维形态中,不可避免地会存在死区(dead zone),这些区域的离子迁移率较低。这项研究从根本上解决了这一问题。

目前,大部分储能系统仍在使用锂离子电池。在锂离子电池中,离子通过电解液移动,而电解液具有易燃性,极易导致电池发生火灾或爆炸。为了克服这一缺陷,全固态电池采用固态电解质。聚合物具有弹性,即使在发生碰撞情况下,基于聚合电解质的全固态电池,也能保持稳定性能,不易发生火灾。而且,与同等尺寸和重量的锂离子电池相比,其能量密度要高出1.5-1.7倍,使用时间也更长。与锂离子电池相比,全固态电池中只有一个电极和电解质,正负极之间没有隔板。科学家们通过控制聚合电解质的静电相互作用,创建了一种纳米结构电解质。

研究人员通过先进的合成方法,合成了一组具有不同静电相互作用强度的聚合物电解质,并通过小角X射线散射剖面(SAXS profile),证实了这些电解质的纳米结构。另外,韩国科学家首次通过大量分子动力学模拟,分析了纳米结构中的离子分布。研究人员通过模拟,检测在几埃(Å)尺度上的电荷分布,并确认这是创建新颖的3D低对称形态的关键。

本研究的独特之处在于,低对称性形态在双金属化合物材料中很常见,对于聚合物电解质而言,却是前所未有的。另外,通过实验和理论计算,系统地确定了这些纳米结构形成的原因,具有重要意义。此外,这项研究首次提出了一种方法,通过控制聚合物电解质中Å单位水平的电荷分布,来制备电导率比二维形态高10倍的固体电解质。

研究人员表示,比起典型的二维结构,新纳米结构能够极大提升离子导电性。这为加速全固态电池商业化,开发安全电池,提供了潜在路径。

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