研究人员开发新型电极结构可用于全固态二次电池-电子工程世界

据外媒报道，韩国研究人员开发了一种可用于全固态二次电池的新型电极结构。如果这项技术得到采用，与现有技术相比，电池的能量密度将显著提高，极大促进高性能二次电池的发展。

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（图片来源：etri）

联合研究小组的成员分别来自韩国电子通信研究院(ETRI)和大邱庆北科学技术院(DGIST)。他们发现锂离子在活性物质之间容易扩散的机理，并针对全固态二次电池设计了一种新型电极结构。

与只能使用一次的原电池不同，二次电池可以充电并重复使用。对于机器人、电动汽车、储能系统(ESS)和无人机等应用来说，二次电池技术的重要性正在逐渐提升。全固态二次电池通过固体电解质在电池电极内传输离子，与液态电解液相比，固体电解质更加安全，不易引发火灾。此外，在双极型二次电池中，可以使用固体电解质，通过简单的电池配置来提升能量密度。

在常规全固态二次电池的电极结构中，固体电解质负责传导离子，导电添加剂提供电子传导方式，活性材料负责储存能量，而粘合剂可以从物理和化学意义上支持这些构成部分。然而，ETRI的研究人员通过系统性实验发现，即使在石墨活性物质颗粒之间，也可以传输离子。他们提出一种新的电极结构，可用于仅由活性物质和粘合剂组成的全固态二次电池。研究人员证实，即使电极内没有固体电解质添加剂，全固态二次电池也可以表现出更好的性能。

在DGIST，研究人员通过在超级计算机上运行虚拟模型电化学测试，验证ETRI提出的新型结构的理论可行性。在具体实验中，ETRI研究人员成功演示了这种结构，其结果是形成依赖于扩散的全固态电极。如果采用ETRI的技术，电极中将不再需要固体导电添加剂材料；相反，可以将更多活性材料压缩至相同体积中。换言之，电极中的活性物质含量可增加至98wt%，使能量密度大于常规石墨复合电极的1.5倍。

这项技术在制造工艺方面也具有优势。硫化物类固体电解质具有较高的离子电导率和适当的可塑性，被认为是制备全固态电池的理想候选材料。但是，由于其化学反应活性高，硫化物类固体电解质使得电池开发商几乎无法选择溶剂和粘合剂。相比之下，有了新型ETRI电极，开发者可以自由地选择在电池中使用的溶剂和粘合剂，因为电极中没有高活性固体电解质。因此，研究人员可以进一步寻求新方法，提高全固态二次电池的性能。

研究人员Young-Gi Lee博士表示：“我们首次发现，离子可以仅通过活性物质进行扩散。我们不再局限于现有全固态二次电池的结构。我们计划利用这项技术，开发能量密度更高的二次电池。我们还将确保拥有核心技术的权利，并致力于将其投入商用。”

本次研究使用的是石墨正极活性材料。ETRI计划，在相同的概念基础上，继续对其他电极材料进行研究。他们还计划加强这项技术，以提高效率，这可以通过消除电极之间的界面问题和减少电极体积来实现。

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