浦項科技大學(xué) （POSTECH） 化學(xué)系的 Soojin Park 教授、博士生 Seoha Nam 和 Hye Bin Son 博士在創(chuàng)造一種既穩(wěn)定又具有商業(yè)可行性的基于凝膠電解質(zhì)的電池方面取得了突破。他們的研究最近發(fā)表在國際期刊 Small 上。

鋰離子電池廣泛用于便攜式電子產(chǎn)品和儲能，包括電動汽車。然而，這些電池中使用的液體電解質(zhì)存在重大的火災(zāi)和爆炸風(fēng)險，這促使人們不斷進(jìn)行研究，以尋找更安全的替代品。一種選擇是半固態(tài)電池，它代表了具有液體電解質(zhì)的傳統(tǒng)鋰離子電池和固態(tài)電池之間的中間地帶。通過使用凝膠狀電解質(zhì)，這些電池提供了更高的穩(wěn)定性、能量密度和相對較長的使用壽命。

制造凝膠電解質(zhì)通常涉及在高溫下進(jìn)行長時間的熱處理，這會使電解液降解，從而導(dǎo)致電池性能下降和生產(chǎn)成本增加。此外，半固態(tài)電解質(zhì)和電極之間的界面電阻在制造過程中也構(gòu)成了挑戰(zhàn)。由于復(fù)雜的制造方法和大規(guī)模應(yīng)用的問題，以前的研究在將他們的發(fā)現(xiàn)直接應(yīng)用于當(dāng)前的商用電池生產(chǎn)線時遇到了限制。

Soojin Park 教授的團(tuán)隊使用雙功能交聯(lián)添加劑 （CIA）、六丙烯酸二季戊四醇 （DPH） 和電子束 （e-beam） 技術(shù)來應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的軟包式電池制造工藝包括電極制備、電解液注入和組裝、活化和脫氣步驟。然而，研究人員通過在脫氣過程后簡單地引入額外的電子束照射步驟來增強(qiáng) DPH 的雙重功能。CIA 既可以作為添加劑，在活化過程中促進(jìn)陽極和陰極表面之間的穩(wěn)定界面，也可以作為交聯(lián)劑，在電子束照射過程中形成聚合物結(jié)構(gòu)。

該團(tuán)隊的軟包式電池采用凝膠電解質(zhì)，在初始充電和放電過程中顯著減少了電池側(cè)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體，與傳統(tǒng)電池相比減少了 2.5 倍。此外，由于電極和凝膠電解質(zhì)之間的強(qiáng)相容性，它有效地將界面電阻降至最低。

隨后，研究人員開發(fā)了一種 1.2 Ah（安培小時）的高容量電池，并在 55 攝氏度（加速電解質(zhì)分解的環(huán)境）下測試了其性能。在這種情況下，使用傳統(tǒng)電解質(zhì)的電池會產(chǎn)生大量氣體，導(dǎo)致容量迅速降低，電池在 50 次循環(huán)后膨脹。相比之下，該團(tuán)隊的電池沒有出現(xiàn)氣體產(chǎn)生，即使在 200 次循環(huán)后仍保持 1 Ah 的容量，顯示出其增強(qiáng)的安全性和耐用性。

這項研究特別重要，因為它使基于凝膠電解質(zhì)的電池的安全性和商業(yè)可行性能夠在現(xiàn)有的軟包電池生產(chǎn)線中快速大規(guī)模生產(chǎn)。

POSTECH 的 Soojin Park 教授評論道：“這一在穩(wěn)定性和商業(yè)可行性方面的成就有望成為電動汽車行業(yè)的突破。他補(bǔ)充說：“我們希望這一進(jìn)步不僅會極大地有利于電動汽車，還會極大地有利于依賴鋰離子電池的廣泛其他應(yīng)用。

該研究是在韓國國家研究基金會的職業(yè)中期研究計劃的支持下進(jìn)行的。