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电动汽车一次充电可行驶1000公里:新型凝胶使之成为可能

盖世汽车 刘丽婷 2024-02-18 18:58:16
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盖世汽车讯 人工智能和医疗保健领域的未来进步在CES 2024上成为众人瞩目的焦点。然而,电池技术是这些创新的核心,是游戏规则的改变者,可实现更高的能效。更重要的是,电动汽车是这项技术应用最广泛的领域。

如今的电动汽车一次充电可行驶约700公里,而研究人员的目标是实现1000公里的电池续航里程。研究人员正在探索使用具有高存储容量的硅作为电动汽车锂离子电池的阳极材料。然而,尽管硅极具潜力,但将其投入实际应用仍然是一个挑战。

据外媒报道,韩国浦项科技大学(Pohang University of Science and Technology,POSTECH)化学系的Soojin Park教授、博士生Minjun Je以及Hye Bin Son博士成功解决上述难题,使用微硅颗粒和凝胶聚合物电解质开发了一种口袋大小且坚如磐石的下一代高能量密度锂离子电池系统。相关研究已发表于期刊《journal Advanced Science》。

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图片来源:浦项科技大学

采用硅作为电池材料面临着诸多挑战,例如在充电过程中硅会膨胀三倍以上,然后在放电时收缩回原来的尺寸,从而显著影响电池效率。使用纳米尺寸的硅(10-9m)可以部分解决这个问题,但生产过程非常复杂,而且成本高昂,因此在预算方面非常有挑战。

相比之下,微米尺寸的硅(10-6m)在成本和能量密度方面非常实用。然而,较大硅颗粒的膨胀问题在电池运行过程中变得更加明显,限制了其作为阳极材料的使用。

研究团队应用凝胶聚合物电解质开发出经济且稳定的硅基电池系统。锂离子电池中的电解质是重要的组成部分,有助于离子在阴极和阳极之间的移动。与传统的液体电解质不同,凝胶电解质以固体或凝胶状态存在,其特点是弹性聚合物结构比液体电解质具有更好的稳定性。

研究小组利用电子束在微硅颗粒和凝胶电解质之间形成共价键。这些共价键可以分散锂离子电池工作过程中体积膨胀引起的内应力,从而减轻微硅体积的变化并增强结构稳定性。结果显著:即使使用比传统纳米硅负极大一百倍的微米硅颗粒(5μm),电池也表现出稳定的性能。

此外,研究团队开发的硅凝胶电解质系统表现出与传统电池(使用液体电解质)相似的离子电导率,能量密度提高了约40%。此外,该团队的系统因其简单的制造工艺而具有重大价值,可以立即应用。

Soojin Park教授强调:“我们使用了微硅阳极,但拥有稳定的电池。这项研究使我们更接近真正的高能量密度锂离子电池系统。”

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