浦项科技大学开发出新隔膜技术 可有效防止电动汽车电池爆炸

据外媒报道，浦项科技大学（POSTECH）研究团队宣布开发出一种隔膜技术——“分子工程膜（molecularly engineered membrane）”，可有效防止电动汽车电池爆炸，并使其使用寿命延长一倍以上。其原理类似于轻薄的防弹背心，能够同时阻挡来自前后方的攻击。这种隔膜仅有一个分子厚，可以同时保护电池的正负极。

图片来源： 期刊《Energy & Environmental Science》

该研究团队由POSTECH化学系Soojin Park教授和Dong-Yeop Han博士、韩国庆尚国立大学（Gyeongsang National University，GNU）纳米与新材料融合工程系Tae Kyung Lee教授和Jiyun Lee研究员，以及韩国能源研究所（Korea Institute of Energy Research，KIER）Gyu-Jin Song博士组成。相关研究成果发表在能源材料领域的国际期刊《Energy & Environmental Science》上。

分子工程膜技术是指在原子和分子水平上精确设计膜，从而选择性地允许特定分子通过或控制其传输速度。

锂金属电池作为下一代电池正日益受到关注。作为锂离子电池的替代品，锂金属电池在相同体积下可存储约1.5倍的能量。这有望将电动汽车单次充电的续航里程从400公里提升至650-700公里。

然而，锂金属电池的安全性令人担忧。在充放电过程中，锂并非均匀沉积在电极表面，而是以尖锐的、树枝状的方式生长。在学术界，这种现象被称为“枝晶”。如果这些不断生长的枝晶（如同洞穴中的钟乳石）刺穿电极间的隔膜并到达另一侧，就可能导致电池内部短路，进而引发爆炸或火灾。

研究团队对锂金属电池中的隔膜进行了改进，使其能够在分子层面发挥作用。他们通过将氟（-F）和氧（-O）基极性官能团化学接枝到简单的隔膜表面，从而设计出能够精确控制电极界面反应的隔膜。

因此，在锂金属沉积的阳极处，形成了一层均匀的氟化锂（LiF）保护层，抑制了枝晶的生长。在阴极处，它通过阻止有害的氟化氢（HF）的生成来防止电极劣化。这样，一层薄薄的隔膜就起到了“双重保护层”的作用，同时稳定了阳极和阴极。

研究团队在高度模拟电动汽车实际运行环境的条件下测试了这项技术。即使在55°C的高温、少量电解液和薄锂阳极等严苛条件下，电池依然稳定运行，在208次充放电循环后仍保持了初始容量的80%。制成软包电池的单体电池，其能量密度高达385.1瓦时/千克（Wh/kg，按重量计）和1135.6瓦时/升（按体积计）。这些数字分别比目前的锂离子电池（250 Wh/kg，650 Wh/L）高出约1.5倍和1.7倍。

Soojin Park教授表示：“这项研究创新性地利用单分子层设计实现了锂金属电池正负极的稳定化。这是一项具有实用价值的成果，能够提升电池寿命、稳定性和能量密度，并可直接应用于现有的锂离子电池制造工艺。”

Tae Kyung Lee教授解释道：“我们通过密度泛函理论（DFT）计算和分子动力学（MD）模拟，揭示了隔膜中官能团的电子结构以及原子尺度的界面反应。此外，我们还从理论上证明了分子工程膜的稳定作用。”

Gyu-Jin Song博士评论道：“分子工程膜技术是一项实用性强、耐久性高、安全性高的技术，适用于储能系统等大型电网。我们期待它能为环保型高能量密度电池的商业化做出贡献。”

【以上内容转自“盖世汽车”，不代表本网站观点。 如需转载请取得盖世汽车网许可，如有侵权请联系删除。】

延伸阅读：

• 特斯拉车辆在韩国出现大量电池故障，韩国放话要取消补贴
• 上半年动力电池装车量再创新高，宁德时代与比亚迪合计份额66.6%