新型嵌段共聚物電解質(zhì)通過(guò)靜電控制結構
- 來(lái)源:amicredible.com 發(fā)表時(shí)間:2021-12-07 17:43:03 點(diǎn)擊數:587 次
隨著(zhù)對電動(dòng)汽車(chē)的需求日益增長(cháng),全固態(tài)電池日益受到關(guān)注。由于鋰離子電池存在易爆風(fēng)險,全固態(tài)電池被視為新一代電池選項。然而,固態(tài)聚合物電解質(zhì)的離子電導率低,固態(tài)硫化物電解質(zhì)的化學(xué)穩定性低,阻礙了電動(dòng)汽車(chē)的普及。據外媒報道,浦項科技大學(xué)(POSTECH)創(chuàng )建了一種“無(wú)死區”聚合物電解質(zhì),從而加快離子傳輸速度,推進(jìn)全固態(tài)電池商業(yè)化。
該研究團隊創(chuàng )建了一種新型嵌段共聚物電解質(zhì)(block copolymer electrolyte),可通過(guò)靜電相互作用來(lái)控制結構。在傳統二維形態(tài)中,不可避免地會(huì )存在死區(dead zone),這些區域的離子遷移率較低。這項研究從根本上解決了這一問(wèn)題。目前,大部分儲能系統仍在使用鋰離子電池。在鋰離子電池中,離子通過(guò)電解液移動(dòng),而電解液具有易燃性,極易導致電池發(fā)生火災或爆炸。為了克服這一缺陷,全固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)。聚合物具有彈性,即使在發(fā)生碰撞情況下,基于聚合電解質(zhì)的全固態(tài)電池,也能保持穩定性能,不易發(fā)生火災。而且,與同等尺寸和重量的鋰離子電池相比,其能量密度要高出1.5-1.7倍,使用時(shí)間也更長(cháng)。與鋰離子電池相比,全固態(tài)電池中只有一個(gè)電極和電解質(zhì),正負極之間沒(méi)有隔板??茖W(xué)家們通過(guò)控制聚合電解質(zhì)的靜電相互作用,創(chuàng )建了一種納米結構電解質(zhì)。研究人員通過(guò)先進(jìn)的合成方法,合成了一組具有不同靜電相互作用強度的聚合物電解質(zhì),并通過(guò)小角X射線(xiàn)散射剖面(SAXS profile),證實(shí)了這些電解質(zhì)的納米結構。另外,韓國科學(xué)家首次通過(guò)大量分子動(dòng)力學(xué)模擬,分析了納米結構中的離子分布。研究人員通過(guò)模擬,檢測在幾埃(Å)尺度上的電荷分布,并確認這是創(chuàng )建新穎的3D低對稱(chēng)形態(tài)的關(guān)鍵。本研究的獨特之處在于,低對稱(chēng)性形態(tài)在雙金屬化合物材料中很常見(jiàn),對于聚合物電解質(zhì)而言,卻是前所未有的。另外,通過(guò)實(shí)驗和理論計算,系統地確定了這些納米結構形成的原因,具有重要意義。此外,這項研究首次提出了一種方法,通過(guò)控制聚合物電解質(zhì)中Å單位水平的電荷分布,來(lái)制備電導率比二維形態(tài)高10倍的固體電解質(zhì)。研究人員表示,比起典型的二維結構,新納米結構能夠極大提升離子導電性。這為加速全固態(tài)電池商業(yè)化,開(kāi)發(fā)安全電池,提供了潛在路徑。