現(xiàn)在，電動汽車市場迅速發(fā)展。為了延長車輛的續(xù)航里程，對高容量電池的需求不斷增長。據(jù)外媒報道，韓國浦項科技大學(POSTECH)和西江大學(Sogang University)的研究人員開發(fā)了一種功能性聚合物粘合劑，可用于穩(wěn)定、高容量的負極材料，從而將當前電動汽車的續(xù)航里程至少提高10倍。

(圖片來源：浦項科技大學)

比起傳統(tǒng)石墨負極，采用這種帶電聚合物粘合劑的負極材料，可以實現(xiàn)10倍以上的容量。這一突破是通過用硅負極代替石墨并結(jié)合分層帶電聚合物實現(xiàn)的，同時保持了穩(wěn)定性和可靠性。

對于創(chuàng)建高能量密度鋰離子電池，硅等高容量負極材料十分重要，可以提供至少10倍于現(xiàn)有石墨或其他負極材料的容量。挑戰(zhàn)在于，在與鋰反應的過程中，高容量負極材料體積膨脹，對電池性能和穩(wěn)定性構(gòu)成威脅。為了解決這個問題，研究人員一直在探索可以有效控制體積膨脹的聚合物粘合劑。

然而，目前的研究僅集中于化學交聯(lián)和氫鍵結(jié)合。化學交聯(lián)涉及粘合劑分子之間的共價鍵合。這使它們成為固體，但存在一個嚴重的缺陷，這些鍵一旦破裂，就無法修復。從另一方面來看，氫鍵結(jié)合是分子間基于電負性差異的可逆二次鍵合，但強度(10–65 kJ/mol)相對較弱。

該團隊開發(fā)的新型聚合物不僅利用氫鍵，還利用了庫侖力(正負電荷之間的引力)。這些力的強度為250 kJ/mol，遠高于氫鍵結(jié)合的強度，由于具有可逆性，容易控制體積膨脹。

高容量負極材料表面大多帶負電荷，而層狀帶電聚合物以正負電荷交替排列，可有效地與負極結(jié)合。此外，該團隊還引入了聚乙二醇來調(diào)節(jié)物理性質(zhì)，以促進鋰離子擴散，從而獲得鋰離子電池中的高容量厚電極，并充分提升能量密度。

研究負責人Soojin Park教授表示：“通過結(jié)合高容量負極材料，該研究具有明顯提升鋰離子電池能量密度的潛力，由此延長了電動汽車的續(xù)航里程。使用硅基負極材料，有望將車輛續(xù)航至少提高10倍。”