盖世汽车讯 据外媒报道，韩国能源研究所（KIER）开发出用于锂电池的氧化还原活性金属有机混合电极材料（SKIER-5），可在低至零下20摄氏度的寒冷条件下保持稳定。SKIER-5解决了石墨作为传统锂电池负极材料在严寒条件下的局限性，有望成为一种更优越的替代材料。即使在低温条件下，这种新型材料也可用于电动汽车、无人机和超小型电子设备等各种应用的锂电池。

图片来源：KIER

目前，石墨因其热力学稳定性和低成本而成为锂离子电池负极的常规材料。然而，使用石墨负极的电池有明显的缺点：在零度以下的条件下，其存储容量会急剧下降，且充电过程中负极表面会形成树枝状晶体，而这可能会导致热失控和潜在的爆炸。

由KIER的Jungjoon Yoo博士、Kanghoon Yim博士和Hyunuk Kim博士领导的研究团队开发出名为“SKIER-5”的氧化还原活性导电金属有机框架。该框架由三蒽基有机配体和镍离子组装而成。SKIER-5在零下环境中的放电容量是石墨的5倍。

SKIER-5负极的放电容量达到440mAh/g，超过了室温下石墨电极的375mAh/g。值得注意的是，经过1600次充放电循环后，容量增加了约1.5倍（600mAh/g）。这是一个非同寻常的结果，因为放电容量通常会随着反复充放电循环而降低。

该研究团队在浦项加速器实验室（Pohang Accelerator Laboratory）使用高通量X射线分析证实了SKIER-5的氧化还原机制。与石墨不同，SKIER-5包含镍离子和基于杂原子（N，F，S）的有机配体，可与锂离子相互作用，引发涉及电子转移的氧化还原反应。这一过程可增加电子存储量，从而提高放电容量。

值得注意的是，SKIER-5在零下20摄氏度时的放电容量达到150mAh/g，是石墨的5倍。这种性能的提高归因于SKIER-5引发化学反应的最低能量阈值更低（与石墨相比）。因此，SKIER-5在反应速率通常会降低的低温环境中仍能保持稳定的性能。

研究人员利用基于量子化学的第一性原理计算成功验证了SKIER-5的工作原理。该研究团队首先确定了SKIER-5的晶体结构，这与X射线结构分析结果一致，并通过计算预测了锂吸附位点，以推算材料的理论容量和反应电压。计算得到的预测值与实验结果非常吻合，证实了SKIER-5作为锂电池负极的优异性能的来源。