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研究人员开发了一种新的轻质三维结构，增强了电池中的锂离子传输，显示出更高的稳定性和能量密度，具有工业应用潜力。

一个新的三维浦项工科大学和KIER研究人员开发的nal聚合物结构显著提高了锂离子传输和电池性能，显示出未来商业化的巨大前景。

就像路标为旅行者指明方向和距离以防止他们迷路一样，“路标”在某些情况下也提供类似的指导。最近，在化学领域，已经确定了具有类似作用的结构，引起了学术界的极大兴趣。

浦项科学技术大学(POSTECH)化学系教授朴秀珍(音译)和博士候选人韩东烨(音译)与韩国能源研究院(KIER)的宋圭镇博士和浦项制铁n.e.t.t HUB的研究小组合作，开发出了一种三维聚合物结构。这种轻质结构有利于锂离子的运输。他们的研究结果最近发表在国际期刊《先进科学》的网络版上。

电池技术进展

用于电动汽车和智能手机等电子设备的电池技术仍在不断发展。值得注意的是，锂金属阳极的能量容量为3860 mAh/g，是目前商业化的石墨阳极的十倍以上。锂金属阳极可以在更小的空间内储存更多的能量，并且与石墨或硅不同，它可以作为电极直接参与电化学反应。

然而，在充电和放电过程中，锂离子的不均匀分布会产生被称为“死锂”的区域，从而降低电池的容量和性能。此外，当锂向一个方向生长时，它可以到达相反方向的阴极，导致内部短路。尽管最近的研究主要集中在优化锂在三维结构中的传输，但这些结构大多依赖于重金属，严重影响了电池的单位重量能量密度。

锂电沉积后杂化结构的内部几何结构示意图。信贷:POSTECH

创新Three-Dimensio阳极的nal结构

为了解决这个问题，该团队开发了一种混合多孔结构，使用聚乙烯醇，一种对锂离子具有高亲和力的轻质聚合物，结合单壁碳纳米管和纳米碳球。

这种结构比通常用于电池阳极的铜(Cu)收集器轻五倍以上，并且对锂离子具有高亲和力，有助于它们通过三维多孔结构中的空间迁移，从而实现均匀的锂电沉积。

在实验中，采用该团队三维结构的锂金属阳极电池在超过200次充放电循环后表现出高稳定性，并实现了344 Wh/kg(电池总重量的能量比)的高能量密度。值得注意的是，这些实验使用的是代表实际工业应用的袋状电池，而不是实验室规模的硬币电池，突出了该技术的强大商业化潜力。

浦项工业大学朴秀珍教授表示:“此次研究为最大限度地提高锂金属电池的能量密度开辟了新的可能性。”韩国能源科学研究院的宋圭镇博士强调说:“这种结构将轻量化和高能量密度结合在一起，是未来电池技术的突破。”

参考文献:“用于高能量密度锂金属电池的超多孔/混合导体的易变锂致密化动力学”，作者:Dong-Yeob Han, Saehun Kim, Seoha Nam, Gayoung Lee, Hongyeul Bae, Jin Hong Kim, Nam- soon Choi, Gyujin Song和Soojin Park, 2024年4月22日，Advanced Science。DOI: 10.1002 / advs.202402156

这项研究是在科学和信息通信技术部的一个项目的支持下进行的。