在电池技术中使用分层充电聚合物可以将电动汽车的续航里程提高10倍

电动汽车市场一直在经历爆炸性增长，1 年全球销量超过 2022 万亿美元，韩国国内销量超过 108，000 辆。不可避免地，对可以延长电动汽车行驶里程的高容量电池的需求正在增长。最近，POSTECH和西江大学的联合研究小组开发了一种功能性聚合物粘合剂，用于稳定的高容量负极材料，可以将当前的EV续航里程提高至少10倍。

由西江大学POSTECH教授朴素珍(化学系)和金允秀(材料科学与工程系)以及Jaegeon Ryu教授(化学与生物分子工程系)领导的研究小组开发了带电聚合物粘合剂，用于高容量负极材料，其容量是传统石墨阳极的10倍或更高。这一突破是通过用硅阳极代替石墨并结合带层电的聚合物来实现的，同时保持稳定性和可靠性。研究成果作为封面文章发表在《先进功能材料》上。

硅等高容量负极材料对于制造高能量密度锂离子电池至关重要;它们可以提供至少10倍于目前可用的石墨或其他阳极材料的容量。这里的挑战是，高容量负极材料在与锂反应过程中的体积膨胀对电池性能和稳定性构成威胁。为了缓解这个问题，研究人员一直在研究能够有效控制体积膨胀的聚合物粘合剂。

然而，迄今为止的研究只集中在化学交联和氢键上。化学交联涉及粘合剂分子之间的共价键，使它们成为固体，但有一个致命的缺陷：一旦断裂，键就无法恢复。另一方面，氢键是基于电负性差异的分子之间的可逆二次键，但其强度(10-65 kJ/mol)相对较弱。

研究团队开发的新型聚合物不仅利用氢键，还利用库仑力(正电荷和负电荷之间的吸引力)。这些力的强度为250 kJ/mol，远高于氢键的强度，但它们是可逆的，因此易于控制体积膨胀。高容量负极材料的表面大多带负电，带叠层电的聚合物交替排列，正负电荷与负极有效结合。此外，该团队引入了聚乙二醇来调节物理性质并促进锂离子扩散，从而在锂离子电池中发现了厚厚的高容量电极和最大的能量密度。

朴素进教授解释说：“这项研究有可能通过加入高容量负极材料来显着提高锂离子电池的能量密度，从而延长电动汽车的行驶里程。硅基阳极材料有可能使行驶里程增加至少十倍。