673886040@qq.com
10-кратное увеличение запаса хода электромобиля благодаря революционной технологии литий-ионных акку
Совместная исследовательская группа POSTECH-Sogang University разрабатывает многослойный стабильный анодный материал большой емкости на основе полимера Рынок электромобилей переживает взрывной рост: в 2022 году мировые продажи превысят 1 трлн долларов (примерно 1 283 трлн корейских вон/корейских вон), а продажи на внутреннем рынке превысят 108 000 единиц. Неизбежно растет спрос на аккумуляторы большой емкости, которые могут увеличить запас хода электромобиля. Недавно совместная группа исследователей из POSTECH и Университета Соганга разработала функциональное полимерное связующее для стабильного анодного материала с высокой емкостью, которое может увеличить текущий диапазон EV как минимум в 10 раз.
Исследовательская группа под руководством профессоров POSTECH Суджин Пак (факультет химии) и Юн Су Ким (факультет материаловедения и инженерии) и профессора Чжеон Рю (факультет химической и биомолекулярной инженерии) из Университета Соган разработали заряженное полимерное связующее для высокопроизводительного материал анода, который является одновременно стабильным и надежным, предлагая емкость, которая в 10 раз или выше, чем у обычных графитовых анодов. Этот прорыв был достигнут за счет замены графита кремниевым анодом в сочетании с многослойным зарядом полимеров при сохранении стабильности и надежности. Результаты исследования были опубликованы в качестве статьи на обложке журнала Advanced Functional Materials.
Материалы анода большой емкости, такие как кремний, необходимы для создания литий-ионных аккумуляторов с высокой плотностью энергии; они могут предложить как минимум в 10 раз большую емкость, чем графит или другие доступные сейчас анодные материалы. Проблема здесь заключается в том, что объемное расширение материалов анода большой емкости во время реакции с литием представляет угрозу для производительности и стабильности батареи. Чтобы смягчить эту проблему, исследователи изучают полимерные связующие, которые могут эффективно контролировать объемное расширение.
Однако на сегодняшний день исследования сосредоточены исключительно на химическом сшивании и водородных связях. Химическая сшивка включает в себя ковалентную связь между молекулами связующего, что делает их твердыми, но имеет фатальный недостаток: после разрыва связи не могут быть восстановлены. С другой стороны, водородная связь представляет собой обратимую вторичную связь между молекулами, основанную на различиях в электроотрицательности, но ее прочность (10-65 кДж/моль) относительно слаба.
В новом полимере, разработанном исследовательской группой, используются не только водородные связи, но и кулоновские силы (притяжение между положительными и отрицательными зарядами). Сила этих сил составляет 250 кДж/моль, что намного выше, чем у водородных связей, но они обратимы, что позволяет легко контролировать объемное расширение. Поверхность анодных материалов большой емкости в основном заряжена отрицательно, а слоисто-заряженные полимеры чередуются с положительными и отрицательными зарядами для эффективного связывания с анодом. Кроме того, команда ввела полиэтиленгликоль для регулирования физических свойств и облегчения диффузии литий-иона, что привело к созданию толстого электрода большой емкости и максимальной плотности энергии, присущих литий-ионным батареям.
Профессор Суджин Пак пояснил: «Исследования потенциально могут значительно увеличить плотность энергии литий-ионных аккумуляторов за счет включения анодных материалов большой емкости, тем самым увеличивая запас хода электромобилей. Анодные материалы на основе кремния потенциально могут увеличить дальность пробега как минимум в десять раз».
Ссылка: «Расслоение заряженных полимеров позволяет создавать высокоинтегрированные аноды аккумуляторов большой емкости», авторы Донг-Ёб Хан, Им Гён Хан, Хе Бин Сон, Юн Су Ким, Чжегон Рю и Суджин Пак, 3 февраля 2023 г., Advanced Functional Materials.
