科学家发现提高电动汽车续航里程的秘密成分

在 2024 年消费电子展 （CES） 上，焦点是人工智能和医疗保健领域的突破性发展。然而，电池技术是这些创新的核心，可实现更高的电源效率，从而改变游戏规则。重要的是，电动汽车是这项技术应用最密集的地方。

如今的电动汽车一次充电可行驶约 700 公里，而研究人员的目标是电池续航里程达到 1,000 公里。研究人员正在热切探索使用以其高存储容量而闻名的硅作为电动汽车锂离子电池的阳极材料。然而，尽管有潜力，但将硅投入实际应用仍然是一个难题，研究人员仍在努力拼凑。

硅基电池技术突破

浦项科技大学（POSTECH）化学系的Soojin Park教授、博士生Minjun Je和Hye Bin Son博士。他们已经破解了密码，使用微硅颗粒和凝胶聚合物电解质开发了一种便于携带且坚如磐石的下一代高能量密度锂离子电池系统。这项工作最近发表在《先进科学》杂志上。

相比之下，微型硅（^10-6米）在成本和能量密度方面非常实用。然而，在电池运行期间，较大硅颗粒的膨胀问题变得更加明显，这限制了其作为阳极材料的使用。

凝胶聚合物电解质的创新

研究团队应用凝胶聚合物电解质开发了一种经济而稳定的硅基电池系统。锂离子电池内的电解质是一个关键组成部分，促进离子在阴极和阳极之间的运动。与传统的液体电解质不同，凝胶电解质以固态或凝胶状态存在，其特征在于弹性聚合物结构，其稳定性优于液体电解质。

利用微硅增强电池性能

研究团队利用电子束在微硅颗粒和凝胶电解质之间形成共价键。这些共价键有助于分散锂离子电池运行过程中体积膨胀引起的内应力，缓解微硅体积的变化，增强结构稳定性。

结果是显着的：即使使用微硅颗粒（5μm），电池也表现出稳定的性能，其尺寸是传统纳米硅阳极中使用的微硅颗粒的一百倍。此外，研究团队开发的硅凝胶电解质系统表现出与使用液体电解质的传统电池相似的离子电导率，能量密度提高了约40%。此外，该团队的系统具有重要的价值，因为它的制造工艺简单明了，可以立即应用。

朴淑珍教授强调：“我们使用了微硅阳极，但我们有一个稳定的电池。这项研究使我们更接近真正的高能量密度锂离子电池系统。

硅作为电池材料的挑战

使用硅作为电池材料存在挑战：它在充电过程中膨胀三倍以上，然后在放电时收缩回原来的尺寸，显着影响电池效率。利用纳米级硅（^10-9米）可以部分解决这个问题，但复杂的生产过程复杂且成本高昂，使其成为一个具有挑战性的预算主张。