2020年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的獲得者是那些開發(fā)鋰離子可充電電池的人。這些電池已成為從小型IT設(shè)備到電動(dòng)汽車等電子設(shè)備的重要能源。

美國領(lǐng)先的汽車制造商特斯拉最近強(qiáng)調(diào)，需要建立創(chuàng)新的生產(chǎn)系統(tǒng)并降低電池成本。電池的價(jià)格占電動(dòng)汽車的很大一部分，降低成本對(duì)于普及電動(dòng)汽車至關(guān)重要。

由樸秀珍教授和博士領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)合研究小組。POSTECH化學(xué)系的候選人HyeBinSon和蔚山學(xué)院的SeungminYoo教授成功開發(fā)了一種多功能隔膜，即使袋裝電池在環(huán)境空氣中組裝，該隔膜也能正常工作。

這些發(fā)現(xiàn)已在最新的在線版本的儲(chǔ)能材料中進(jìn)行了介紹（“通過雜質(zhì)清除隔離膜實(shí)現(xiàn)的無干燥室的高能密度高密度鋰離子電池”）。

由于電池內(nèi)部的電解質(zhì)與水分反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致變質(zhì)，因此鋰離子電池通常在濕度小于1％的干燥室內(nèi)組裝。然而，保持干燥的房間是相當(dāng)昂貴的。

為了解決該問題，已經(jīng)進(jìn)行了通過將添加劑注入電解質(zhì)中來抑制雜質(zhì)（例如水分或氫氟酸）的研究。但是這些會(huì)在電池運(yùn)行期間引起不良的副反應(yīng)。實(shí)際上，當(dāng)電池在高溫（50°C或更高）下激活時(shí)，即使少量水分也會(huì)導(dǎo)致性能下降更快。因此，需要一種能夠俘獲電池中的水分和雜質(zhì)而不會(huì)對(duì)添加劑產(chǎn)生不利的電化學(xué)反應(yīng)的材料。

為此，聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)推出了功能性材料，該材料可以將雜質(zhì)捕獲在隔板的表面上，從而提高熱穩(wěn)定性并改善電池性能。這種多功能隔膜顯示出優(yōu)異的耐熱性（在140°C下儲(chǔ)存30分鐘后，收縮率在10％以內(nèi)。常規(guī)隔膜的收縮率是50％），并在55°C的高溫下（79％的收縮率）表現(xiàn)出更好的電化學(xué)性能。100個(gè)充電周期后保持初始容量）。

此外，研究人員證實(shí)了在充滿雜質(zhì)的環(huán)境中功能材料在電解質(zhì)中的有效性。合成功能陶瓷表面的硅烷化合物會(huì)捕獲水分并保持陶瓷結(jié)構(gòu)良好，但是普通的陶瓷材料會(huì)被酸化的電解質(zhì)腐蝕。

此外，通過這項(xiàng)研究，研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)，這次在環(huán)境空氣中生產(chǎn)的多功能隔板的使用壽命比傳統(tǒng)隔板要長，這證實(shí)了它提供了超越簡單隔板功能的穩(wěn)定性能。

“這種新開發(fā)的多功能隔膜在高能量密度下顯示出極高的穩(wěn)定性和出色的電化學(xué)性能，”長期致力于通過各種方法研究電池隔膜的樸秀金教授評(píng)論道。“憑借在環(huán)境空氣中制造電池的第一個(gè)成功案例，有望在降低電池成本方面發(fā)揮重要作用。”