革命性的电池技术可将 EV 续航里程提高 10 倍或更多

电动汽车市场一直在经历爆炸式增长，2022 年全球销售额超过 1 万亿美元（约合 1283 万亿韩元），国内销量超过 108,000 辆。不可避免地，对可以延长电动汽车行驶里程的高容量电池的需求正在增长。最近，POSTECH 和西江大学的研究人员联合团队开发了一种功能性聚合物粘合剂，用于稳定、高容量的阳极材料，可以将当前的 EV 续航里程提高至少 10 倍。

由西江大学 POSTECH 教授 Soojin Park（化学系）和 Youn Soo Kim（材料科学与工程系）和 Jaegeon Ryu 教授（化学与生物分子工程系）领导的研究小组开发了带电聚合物粘合剂，用于高容量稳定可靠的负极材料，容量是传统石墨负极的10倍以上。这一突破是通过用硅阳极代替石墨并结合分层带电聚合物实现的，同时保持稳定性和可靠性。研究成果以封面文章形式发表在Advanced Functional Materials杂志上。

硅等高容量负极材料对于制造高能量密度锂离子电池至关重要；它们可以提供至少 10 倍于现有石墨或其他阳极材料的容量。这里的挑战在于，高容量负极材料在与锂反应过程中的体积膨胀会对电池性能和稳定性构成威胁。为了缓解这个问题，研究人员一直在研究可以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合，使它们成为固体，但有一个致命的缺陷：一旦断裂，键就无法恢复。另一方面，氢键是分子间基于电负性差异的可逆二次键合，但其强度（10-65 kJ/mol）相对较弱。

研究团队开发的新型聚合物不仅利用了氢键，还利用了库仑力（正电荷和负电荷之间的吸引力）。这些力的强度为 250 kJ/mol，远高于氢键，但它们是可逆的，因此很容易控制体积膨胀。高容量正极材料表面大多带负电，层状带电聚合物正负电荷交替排列，有效地与正极结合。此外，该团队引入聚乙二醇来调节物理特性并促进锂离子扩散，从而产生锂离子电池中的厚大容量电极和最大能量密度。

Soojin Park 教授解释说：“这项研究有可能通过结合高容量阳极材料显着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增加驾驶范围至少十倍。”

这项研究是在科学和信息通信技术部、纳米材料技术开发计划和韩国未来技术国家研究实验室的支持下进行的。