韩国科学家将电动汽车电池的能量密度提高了一倍

韩国研究人员取得了一项重大进展，有望显著提升电动汽车的续航里程，并降低人们对电池在寒冷天气下性能的担忧。他们的研究描述了一种无阳极锂金属电池，该电池在不增加电池组尺寸的情况下，能量密度几乎翻了一番。这项突破是浦项科技大学（POSTECH）、韩国科学技术院（KAIST）和庆尚大学合作的成果。研究人员认为，这种方法可能会对未来电动汽车的电池设计产生深远影响。

由朴秀珍教授和韩东烨博士领导的研究团队实现了1270 Wh/L的体积能量密度，几乎是目前电动汽车锂离子电池约650 Wh/L的两倍。其关键优势在于无需石墨负极。充电过程中，正极产生的锂离子直接沉积到铜集流体上，从而释放了内部空间，使得相同体积内可以容纳更多的活性物质。

然而，无阳极电池在技术上极具挑战性。锂负载不均匀会导致枝晶形成，枝晶会刺穿内层，造成短路。此外，反复的充放电循环会损伤锂表面，缩短电池寿命。

为了克服这些问题，研究人员采用了可逆主体材料（RH）和设计电解质（DEL）的组合。RH是一种含有银纳米粒子的聚合物骨架，能够引导锂离子均匀负载。DEL则形成稳定的Li₂O和Li₃N保护层，既能防止枝晶形成，又能保证离子快速移动。

RH和DEL的组合确保了电池即使在严苛条件下也能稳定运行。在4.6 mAh/cm²和2.3 mA/cm²的电流密度下，该电池在100次循环后仍保持81.9 %的初始容量，并实现了99.6 %的哥伦比亚效率。这些特性使其能量密度达到了创纪录的1270 Wh/L。

该技术也已在类似电动汽车中使用的软包电池中进行了测试，即使在电解液很少的情况下也能稳定运行，这表明电池重量更轻、制造更容易、商业可行性更高。