韓國研究人員為未來的鋰電池開發出一種新型輕量結構
POSTECH 和KIER 研究人員開發的一種新型三維聚合物結構可顯著提高鋰離子傳輸和電池性能，為未來的商業化帶來了巨大希望。正如路標為旅行者指明方向和距離，防止他們迷失方向一樣，”路標”在某些情況下也能提供類似的指引。最近，在化學領域發現了具有類似作用的結構，引發了學術界的極大興趣。
浦項科技大學（POSTECH）化學系的Soojin Park 教授和博士生Dong-Yeob Han 與韓國能源研究所（KIER）的Gyujin Song 博士以及浦項N.EX.T HUB 的研究團隊合作開發出了一種三維聚合物結構。這種輕質結構有利於鋰（Li）離子的傳輸。他們的研究成果最近發表在國際期刊《先進科學》（Advanced Science）的網路版上。
電池技術的進步
用於電動車和智慧型手機等電子設備的電池技術不斷發展。值得注意的是，鋰金屬陽極的能量容量為3860 mAh/g，是目前商業化石墨陽極的十倍以上。鋰金屬陽極可以在較小的空間內儲存更多的能量，而且與石墨或矽不同，鋰金屬陽極可以作為電極直接參與電化學反應。
然而，在充電和放電過程中，鋰離子的不均勻分佈會產生被稱為”死鋰”的區域，從而降低電池的容量和性能。此外，當鋰向一個方向增長時，它可能會到達相反一側的陰極，從而造成內部短路。雖然最近的研究重點是優化三維結構中的鋰傳輸，但這些結構大多依賴重金屬，大大降低了電池的單位重量能量密度。
鋰電沉積後的混合結構內部幾何形狀示意圖。資料來源：POSTECH
用於陽極的創新三維結構
為了解決這個問題，研究團隊利用聚乙烯醇（一種對鋰離子具有高親和力的輕質聚合物）與單壁奈米碳管和奈米碳球相結合，開發了一種混合多孔結構。
這種結構比通常用於電池陽極的銅（Cu）集流體輕五倍以上，對鋰離子有很高的親和力，有利於鋰離子透過三維多孔結構中的空隙遷移，實現均勻的鋰電沉積。
在實驗中，採用了該團隊三維結構的鋰金屬陽極電池在經過200 多次充放電循環後表現出很高的穩定性，並達到了344 Wh/kg（能量與電池總重量之比）的高能量密度。值得注意的是，這些實驗使用的是代表實際工業應用的袋裝電池，而不是實驗室規模的連結電池，凸顯了該技術商業化的巨大潛力。
POSTECH 的Soojin Park 教授表達了這項研究的意義，他說：「這項研究為最大限度地提高鋰金屬電池的能量密度開闢了新的可能性」。 KIER 的Gyujin Song 博士強調：”這種結構兼具輕質特性和高能量密度，是未來電池技術的一個突破”。
編譯來源：ScitechDaily