在一項開創(chuàng)性的研究中，UNIST 能源與化學(xué)工程學(xué)院的 Won-Jin Kwak 教授與漢陽大學(xué)的研究人員合作，開創(chuàng)了一種顯著提高有機電極電池性能和壽命的方法。這些發(fā)現(xiàn)有望加速環(huán)保電池的商業(yè)化，并為該領(lǐng)域的進一步發(fā)展鋪平道路。

有機電極長期以來因其成本效益和天然豐富性而被認(rèn)可，使其成為傳統(tǒng)鋰離子電池材料的有前途的替代品。然而，這些活性材料在電解質(zhì)中的溶解提出了重大挑戰(zhàn)，限制了它們在電池中的實際應(yīng)用。為了解決這個問題，研究團隊引入稀釋電解質(zhì)作為非溶劑化電解質(zhì)，有效緩解高濃度電解質(zhì)(HCE)的物理限制并抑制有機電極的溶解。

該研究重點關(guān)注苝-3,4,9,10-四甲酸二酐(PTCDA)，一種著名的有機電極材料，并證明使用稀釋電解質(zhì)時容量保持率和倍率性能顯著改善。經(jīng)過 1000 多次循環(huán)，基于 PTCDA 的電池在 1000 mA g−1 下實現(xiàn)了令人印象深刻的 91% 容量保持率。通過電化學(xué)和光譜測量以及分子動力學(xué)模擬的結(jié)合，該團隊成功抑制了活性材料的溶解并減輕了有害的穿梭效應(yīng)，從而防止了容量損失。

這項研究提出了一種實現(xiàn)高度可逆有機電極鋰離子電池的有前途的策略，為開發(fā)更高效和可持續(xù)的能源存儲解決方案開辟了新的可能性。通過利用非溶劑化電解質(zhì)，該團隊克服了與有機電極材料相關(guān)的限制，并展示了延長這些環(huán)保電池壽命的途徑。

Kwak教授強調(diào)了這一突破的意義，他說：“非溶劑化電解質(zhì)的開發(fā)提供了一種有效的方法來抑制有機電極材料的洗脫，而不影響容量或輸出。這項研究代表了有機電極電池實際應(yīng)用的重要一步。”

研究團隊通過計算方法和實驗驗證進一步驗證了他們的發(fā)現(xiàn)，證實使用開發(fā)的電解質(zhì)可以有效抑制洗脫。在超過 1,000 次充放電實驗中，電池容量保留了超過 80%，這與傳統(tǒng)電解液在僅 20 次充放電循環(huán)后容量不足 50% 形成鮮明對比。

使用非溶劑化電解質(zhì)的有機電極二次電池在克服資源枯竭和材料價格上漲方面具有巨大的潛力。隨著研究人員繼續(xù)解決與這些電池相關(guān)的挑戰(zhàn)，這項研究為該領(lǐng)域未來的突破和進步奠定了基礎(chǔ)。

該研究成果已于2024年1月19日發(fā)表在《 Advanced Energy Materials》 上。該研究得到了韓國國家研究基金會(NRF)和科學(xué)與信息通信技術(shù)部(MSIT)的支持。