韩国科学技术院开发下一代电池隔膜充电速度更快、续航时间更长

盖世汽车讯 在使用电动汽车或智能手机时，用户经常会遇到充电时间过长以及电池寿命逐渐缩短的不便。为了提高充电速度并延长使用时间，具有高能量密度的下一代电池至关重要。然而，快速充电也有其局限性，因为沉积物会积聚在电池内部，从而降低性能，甚至增加火灾风险。

据外媒报道，韩国科学技术院研究小组宣布开发出新的基础技术来解决这个问题，方法是创建一条“高速公路”，让锂离子可以在电池内快速移动，即下一代电池隔膜技术，通过调节液晶聚合物的分子排列来精确控制锂离子传输路径。

锂金属电池比传统电池可以储存更多的能量。然而，在充电过程中，锂会积聚在尖锐的树枝状结构中，称为“枝晶”。这种现象是导致电池寿命缩短的主要原因，并且可能会损坏内部隔膜，并可能导致爆炸。

研究小组试图利用液晶材料来解决这个问题，该材料结合了固体的有序特性和液体的流动性。由于液晶分子的方向可以通过表面处理和其他方法改变，研究人员利用这一特性来定期排列锂离子的移动路径。

基于这种液晶配向控制技术，该团队还创造了一种含有纳米级孔的多孔液晶聚合物隔膜。隔膜中加入了有助于锂离子传输的聚乙二醇链。特别是，研究人员可以自由控制液晶分子的垂直或水平排列方向，并比较由此产生的锂离子传输特性。

结果表明，分子垂直排列的液晶聚合物隔膜形成了一种“高速公路”，允许锂离子直接向电极移动。与水平排列的分离器相比，它使离子传输路径的曲折度减少了约2.5倍，使锂离子的移动速度更快、更均匀。这有效地抑制了枝晶的形成并显着提高了稳定性。

研究团队将新开发的隔膜应用到实际的锂金属电池中，并验证了其快速充电性能。即使在 4 C 高充电速率的苛刻快速充电条件下，电池在 100 次充放电循环后仍保留了 94% 的初始容量。这表明控制液晶聚合物的分子排列可以成为提高下一代电池充电速度和使用寿命的高效策略。

Dong Ki Yoon教授表示:“这项研究表明，控制液晶聚合物的分子排列可用于有效设计锂离子传输路径，从而提高电池性能和稳定性，我们预计这种方法将有助于开发高能量密度的下一代电池技术，而长行驶里程和快速充电对于这些技术至关重要。”