Lee Sangyoung 延世大学教授团队，同时攻克制造工艺性与厚膜电极两大难题
全固态电池因爆炸风险低、能量密度高而被称为“下一代电池”，但由于与现有锂离子电池工艺不兼容，被认为距离商业化尚需相当长时间。国内研究团队开发出一种可直接在现有锂离子电池生产线上使用的全固态电池用高分子电解质，大幅缩小了这一差距。
ZPE 电解质的“熵相冲突设计（Conflicting entropy design）”概念图。原本无序混合的 ZPE 前驱体分子（高熵）在聚合过程中自然转变为有序排列的结构（低熵），从而形成有利于离子轻松迁移的连续通道。研究团队提供
View original imageYonsei University 化学与生物工程系教授 Lee Sangyoung 团队与 Korea University 教授 Kwak Sangkyu 团队、Gunsan University 教授 Lee Minjae 团队以及韩国基础科学支援研究院（KBSI）博士 Lee Youngjoo 团队合作，首次在全球提出利用熵概念设计的新型高分子电解质，并成功将其应用于全固态电池。
研究团队开发的电解质，其核心在于在一个分子内同时具有正电荷和负电荷的“两性离子（zwitterion）”结构。该结构与锂离子之间的相互作用极佳，且分子易于自发排布，即便在固态下也能形成稳定的离子传导通道。
在此基础上，研究人员引入了名为“熵冲突（entropy conflict）”的全新设计概念。电解质在初始状态为液体，可深度渗入电极内部，之后在施加光或热的情况下转变为固体，同时分子自发排布，形成离子可以移动的通道。由此从根本上改善了长期以来被视为高分子电解质顽疾的低离子电导率问题。
本次研究最大的成果在于与现有锂离子电池制造工艺具有高度兼容性。新开发的高分子电解质在液态时，可以以与现有工艺完全相同的方式对电极进行涂覆或渗透，随后再通过简便工序转化为固态电解质。在无需额外引进高价设备的情况下，就有望将现有锂离子电池生产线逐步转换为全固态电池生产工艺。
从照片左起依次为 Park Gyeongseok 延世大学研究员、Lee Jieun 高丽大学研究员、Gwak Sanggyu 高丽大学教授、Lee Sangyoung 延世大学教授。延世大学提供
View original image研究团队还利用这一电解质，实现了在使用厚电极的同时，仍可在室温和低压条件下稳定运行的全固态电池。由此提出了实现能量密度约为现有锂离子电池（约250Wh/㎏）两倍、达到516Wh/㎏的高能量全固态电池的可能性。
Yonsei University 教授 Lee Sangyoung 表示：“本研究提出了一种与现有锂离子电池制造工艺兼容性极高的固态电解质平台，意义重大。利用基于熵的高分子电解质，无需复杂的追加工序就能实现高能量全固态电池，有望切实加快全固态电池的商业化进程。”
本研究在韩国研究财团个人基础研究支援项目和纳米·材料技术开发支援项目的资助下完成，研究成果以“面向大规模高能量全固态电池的基于熵冲突的两性离子干式高分子电解质（Conflicting entropy-driven zwitterionic dry polymer electrolytes for scalable high-energy all-solid-state batteries）”为题，于本月6日发表在国际学术期刊《Nature Communications》上。
版权所有 © 阿视亚经济 (www.asiae.co.kr)。 未经许可不得转载。
