电动汽车一次充电可行驶1,000公里新型凝胶可能使之成为可能

浦项科技大学人工智能和医疗保健领域的未来进步在2024年消费电子展(CES)科技盛宴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。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电池续航里程为1,000公里。研究人员正在探索使用以其高存储容量而闻名的硅作为电动汽车锂离子电池的阳极材料。然而，尽管硅具有潜力，但将其投入实际应用仍然是一个谜题，研究人员仍在努力拼凑。

SoojinPark教授博士登场候选人MinjunJe和来自浦项科技大学(POSTECH)化学系的HyeBinSon博士。他们了密码，使用微硅颗粒和凝胶聚合物电解质开发了一种口袋友好且坚如磐石的下一代高能量密度锂离子电池系统。这项工作发表在《先进科学》杂志上。

采用硅作为电池材料面临着挑战：它在充电过程中膨胀三倍以上，然后在放电时收缩回原来的尺寸，从而显着影响电池效率。使用纳米尺寸的硅(10-9m)可以部分解决这个问题，但复杂的生产过程非常复杂，而且成本高昂，使其成为一个具有挑战性的预算方案。

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，减轻微硅体积的变化，增强结构稳定性。

结果是显着的：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使用液体电解质的传统电池相似的离子电导率，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。

SoojinPark教授强调，“我们使用了微硅阳极，但我们拥有稳定的电池。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。”