浦项科技大学开发纳米结构电解质 提高固态电池的离子电导率

随着对电动汽车的需求日益增长，全固态电池日益受到关注。由于锂离子电池存在易爆风险，全固态电池被视为新一代电池选项。然而，固态聚合物电解质的离子电导率低，固态硫化物电解质的化学稳定性低，阻碍了电动汽车的普及。据外媒报道，浦项科技大学（POSTECH）创建了一种“无死区”聚合物电解质，从而加快离子传输速度，推进全固态电池商业化。

（图片来源：浦项科技大学）

该研究团队创建了一种新型嵌段共聚物电解质（block copolymer electrolyte），可通过静电相互作用来控制结构。在传统二维形态中，不可避免地会存在死区（dead zone），这些区域的离子迁移率较低。这项研究从根本上解决了这一问题。

目前，大部分储能系统仍在使用锂离子电池。在锂离子电池中，离子通过电解液移动，而电解液具有易燃性，极易导致电池发生火灾或爆炸。为了克服这一缺陷，全固态电池采用固态电解质。聚合物具有弹性，即使在发生碰撞情况下，基于聚合电解质的全固态电池，也能保持稳定性能，不易发生火灾。而且，与同等尺寸和重量的锂离子电池相比，其能量密度要高出1.5-1.7倍，使用时间也更长。与锂离子电池相比，全固态电池中只有一个电极和电解质，正负极之间没有隔板。科学家们通过控制聚合电解质的静电相互作用，创建了一种纳米结构电解质。

研究人员通过先进的合成方法，合成了一组具有不同静电相互作用强度的聚合物电解质，并通过小角X射线散射剖面(SAXS profile)，证实了这些电解质的纳米结构。另外，韩国科学家首次通过大量分子动力学模拟，分析了纳米结构中的离子分布。研究人员通过模拟，检测在几埃（Å）尺度上的电荷分布，并确认这是创建新颖的3D低对称形态的关键。

本研究的独特之处在于，低对称性形态在双金属化合物材料中很常见，对于聚合物电解质而言，却是前所未有的。另外，通过实验和理论计算，系统地确定了这些纳米结构形成的原因，具有重要意义。此外，这项研究首次提出了一种方法，通过控制聚合物电解质中Å单位水平的电荷分布，来制备电导率比二维形态高10倍的固体电解质。

研究人员表示，比起典型的二维结构，新纳米结构能够极大提升离子导电性。这为加速全固态电池商业化，开发安全电池，提供了潜在路径。