เทคโนโลยีแบตเตอรี่

ทีมวิจัยที่นำโดยศาสตราจารย์ POSTECH Soojin Park (ภาควิชาเคมี) และ Youn Soo Kim (ภาควิชาวัสดุศาสตร์และวิศวกรรม) และศาสตราจารย์ Jaegeon Ryu (ภาควิชาวิศวกรรมเคมีและชีวโมเลกุล) ของมหาวิทยาลัย Sogang ได้พัฒนาตัวประสานโพลิเมอร์ที่มีประจุสำหรับความจุสูง วัสดุแอโนดที่ทั้งเสถียรและเชื่อถือได้ มีความจุมากกว่าแอโนดกราไฟต์ทั่วไปถึง 10 เท่า ความก้าวหน้านี้ทำได้โดยการแทนที่กราไฟต์ด้วยแอโนด Si ร่วมกับพอลิเมอร์ที่มีประจุเป็นชั้นๆ ในขณะที่ยังคงความเสถียรและความน่าเชื่อถือ ผลการวิจัยได้รับการตีพิมพ์เป็นบทความปกหน้าในAdvanced Functional Materials วัสดุแอโนดความจุสูง เช่น ซิลิกอน จำเป็นสำหรับการสร้างแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนความหนาแน่นพลังงานสูง พวกเขาสามารถให้ความจุอย่างน้อย 10 เท่าของกราไฟต์หรือวัสดุแอโนดอื่น ๆ ที่มีอยู่ในขณะนี้ ความท้าทายในที่นี้คือการขยายปริมาตรของวัสดุแอโนดที่มีความจุสูงระหว่างการทำปฏิกิริยากับลิเธียม ก่อให้เกิดภัยคุกคามต่อประสิทธิภาพและความเสถียรของ แบตเตอรี่ เพื่อลดปัญหานี้ นักวิจัยได้ทำการตรวจสอบตัวประสานโพลิเมอร์ที่สามารถควบคุมการขยายตัวเชิงปริมาตรได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม การวิจัยจนถึงปัจจุบันมุ่งเน้นไปที่การเชื่อมขวางทางเคมีและพันธะไฮโดรเจนเท่านั้น การเชื่อมขวางทางเคมีเกี่ยวข้องกับการสร้างพันธะโควาเลนต์ระหว่างโมเลกุลของสารยึดเกาะ ทำให้มันแข็งตัวแต่มีข้อบกพร่องร้ายแรง: เมื่อหักแล้วจะไม่สามารถคืนพันธะได้ ในทางกลับกัน พันธะไฮโดรเจนเป็นพันธะทุติยภูมิที่ผันกลับได้ระหว่างโมเลกุลตามความแตกต่างของอิเล็กโทรเนกาติวิตี แต่ความแข็งแรง (10-65 กิโลจูล/โมล) ค่อนข้างอ่อน พอลิเมอร์ชนิดใหม่ที่ทีมวิจัยพัฒนาขึ้นไม่เพียงแต่ใช้พันธะไฮโดรเจนเท่านั้น แต่ยังใช้ประโยชน์จากแรงคูลอมบิก (แรงดึงดูดระหว่างประจุบวกและประจุลบ) แรงเหล่านี้มีกำลัง 250 กิโลจูล/โมล ซึ่งสูงกว่าพันธะไฮโดรเจนมาก แต่สามารถย้อนกลับได้ ทำให้ควบคุมการขยายตัวเชิงปริมาตรได้ง่าย พื้นผิวของวัสดุแอโนดที่มีความจุสูงนั้นส่วนใหญ่เป็นประจุลบ และโพลิเมอร์ที่มีประจุเป็นชั้นจะจัดเรียงสลับกันโดยมีประจุบวกและประจุลบเพื่อจับกับแอโนดอย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ ทีมงานยังแนะนำโพลีเอทิลีนไกลคอลเพื่อควบคุมคุณสมบัติทางกายภาพและอำนวยความสะดวกในการแพร่กระจายของ Li-ion ส่งผลให้อิเล็กโทรดความจุสูงหนาและความหนาแน่นของพลังงานสูงสุดที่พบในแบตเตอรี่ Li-ion ศาสตราจารย์ซูจิน พาร์ค อธิบายว่า "งานวิจัยนี้มีศักยภาพในการเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้อย่างมาก ผ่านการใช้วัสดุแอโนดที่มีความจุสูง ซึ่งจะเป็นการขยายระยะการขับขี่ของรถยนต์ไฟฟ้า วัสดุแอโนดที่ทำจากซิลิคอนอาจเพิ่มศักยภาพในการขับขี่ ระยะอย่างน้อยสิบเท่า” การศึกษานี้ดำเนินการโดยได้รับการสนับสนุนจากกระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสารสนเทศ โครงการพัฒนาเทคโนโลยีวัสดุนาโน และห้องปฏิบัติการวิจัยแห่งชาติสำหรับเทคโนโลยีในอนาคตของเกาหลี