現(xiàn)在，電動(dòng)汽車市場(chǎng)迅速發(fā)展。為了延長(zhǎng)車輛的續(xù)航里程，對(duì)高容量電池的需求不斷增長(zhǎng)。據(jù)外媒報(bào)道，韓國(guó)浦項(xiàng)科技大學(xué)(POSTECH)和西江大學(xué)(Sogang University)的研究人員開發(fā)了一種功能性聚合物粘合劑，可用于穩(wěn)定、高容量的負(fù)極材料，從而將當(dāng)前電動(dòng)汽車的續(xù)航里程至少提高10倍。

(圖片來(lái)源：浦項(xiàng)科技大學(xué))

比起傳統(tǒng)石墨負(fù)極，采用這種帶電聚合物粘合劑的負(fù)極材料，可以實(shí)現(xiàn)10倍以上的容量。這一突破是通過(guò)用硅負(fù)極代替石墨并結(jié)合分層帶電聚合物實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)保持了穩(wěn)定性和可靠性。

對(duì)于創(chuàng)建高能量密度鋰離子電池，硅等高容量負(fù)極材料十分重要，可以提供至少10倍于現(xiàn)有石墨或其他負(fù)極材料的容量。挑戰(zhàn)在于，在與鋰反應(yīng)的過(guò)程中，高容量負(fù)極材料體積膨脹，對(duì)電池性能和穩(wěn)定性構(gòu)成威脅。為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員一直在探索可以有效控制體積膨脹的聚合物粘合劑。

然而，目前的研究?jī)H集中于化學(xué)交聯(lián)和氫鍵結(jié)合?；瘜W(xué)交聯(lián)涉及粘合劑分子之間的共價(jià)鍵合。這使它們成為固體，但存在一個(gè)嚴(yán)重的缺陷，這些鍵一旦破裂，就無(wú)法修復(fù)。從另一方面來(lái)看，氫鍵結(jié)合是分子間基于電負(fù)性差異的可逆二次鍵合，但強(qiáng)度(10–65 kJ/mol)相對(duì)較弱。

該團(tuán)隊(duì)開發(fā)的新型聚合物不僅利用氫鍵，還利用了庫(kù)侖力(正負(fù)電荷之間的引力)。這些力的強(qiáng)度為250 kJ/mol，遠(yuǎn)高于氫鍵結(jié)合的強(qiáng)度，由于具有可逆性，容易控制體積膨脹。

高容量負(fù)極材料表面大多帶負(fù)電荷，而層狀帶電聚合物以正負(fù)電荷交替排列，可有效地與負(fù)極結(jié)合。此外，該團(tuán)隊(duì)還引入了聚乙二醇來(lái)調(diào)節(jié)物理性質(zhì)，以促進(jìn)鋰離子擴(kuò)散，從而獲得鋰離子電池中的高容量厚電極，并充分提升能量密度。

研究負(fù)責(zé)人Soojin Park教授表示：“通過(guò)結(jié)合高容量負(fù)極材料，該研究具有明顯提升鋰離子電池能量密度的潛力，由此延長(zhǎng)了電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。使用硅基負(fù)極材料，有望將車輛續(xù)航至少提高10倍。”