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韩国开发固态储能电池新结构 带来更高的能量密度和简化的工艺

TIME : 2020-12-07

导读:韩国科学家为固态电池开发了一种新的电极结构,他们说这种新的电极结构可以为这种有前途的储能技术带来更高的能量密度和简化的制造工艺。


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在能源储能研究的众多不同途径中,固态电池被许多人视为最有希望克服成本、长期性能和防火安全等问题的技术。


在固态电池中,研究人员正在研究各种不同的材料和设备结构,每种材料都有其自身的挑战和优势。通常,这些挑战在于实现足够的导电性和稳定性,以及开发用于大规模制造的材料和工艺。


韩国电子与电信研究院(ETRI)的科学家与大邱庆北科技大学(DGIST)的一个小组合作,提出了一种基于固态电池设计的新方法,他们称之为“依赖扩散的全电池”固态电极。


该方法的关键是发现离子可以在活性石墨颗粒之间传输,这意味着不需要增加离子传导的添加剂。这意味着电极只需要包含活性储能材料和粘合剂,由于存在更少的材料以及为溶剂和粘合剂材料提供更多选择,这将增加储能容量,并可能简化生产。


ETRI的科学家们把这个理论带到DGIST,通过虚拟模型证实了它的可行性。然后ETRI能够在实际的实验中演示这种结构。这一工作在发表于ACS能源快报的一篇论文中被描述为:超高能量密度全固态电池的扩散依赖石墨电极。


在全固态电池中,通常将电极制造为活性材料和固体电解质的复合物,以模仿采用液体电解质的储能锂电池的电极。因此,有效的协议以可扩展的方法在空间上排列两个组件对于高性能全固态电池至关重要。在此,提出了用于能量密度比典型的复合型电极高的全固态电池的全固态电极的设计。所提出的电极主要由活性材料组成,在活性材料之间具有无缝界面,从而允许粒子间锂离子扩散。


因此,在电极制造过程中可以完全排除固体电解质,通过消除对与固体电解质有关的(电子)化学的担忧,可以为制造方案提供更高的灵活性。此外,通过增加电极中活性材料的含量,它可以显着提高归一化能量密度。这种电极概念为高性能全固态电池提供了有意义的进步。


ETRI研究人员Young-Gi Lee说:“我们首次揭示了离子只能与活性物质一起扩散。我们不再局限于现有的全固态二次电池所使用的结构。我们计划使用这种技术来开发具有高能量密度的二次电池。我们还将确保我们拥有核心技术的权利,并致力于可商业化的版本。”


在研究方面,ETRI进一步表示它计划研究相同的方法是否可以为石墨以外的材料带来更好的性能,并且还将在电极界面上起作用,以从电池中榨取更多性能并使电极更薄。

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