由韩国标准科学研究院跨学科材料测量研究所的HosunShin博士和浦项科技大学半导体工程系JaeYongSong教授团队领导的研究小组开发出了长寿命的有机电极有潜力加速下一代二次电池的商业化。
锂离子二次电池中的电极通常用于电动汽车和其他应用，主要包含无机材料，例如镍、钴、锰和铝。这些矿产资源储量有限，其供应可能会因国际地缘政治局势而变得不稳定。
有机电极被认为是下一代二次电池的关键技术，能够解决上述缺点。有机材料可以大量合成，与需要开采有限资源的无机材料相比，具有优异的成本竞争力。此外，它们还具有重量轻且容量灵活的优点。
然而，有机电极在充放电过程中电离时很容易溶解在电池内的电解质溶液中，导致电池的寿命迅速下降。为了解决这个问题，提出了一种涉及有机分子结构化学优化的解决方案。然而，其复杂的工艺和低产率使其作为替代方案不切实际。
KRISS-POSTECH联合研究团队开发的长寿命有机电极显着提高了使用纳米复合材料的电池的寿命。其主要优势在于生产方法;通过物理混合生产使其比以前提出的化学方法更实用于商业化。
该技术的关键是纳米复合材料的制造。在有机电极的候选材料中，研究团队选择了高能量密度的DMPZ材料和电化学稳定性优异的PTCDA材料。研究小组对这种通过低温研磨制成的复合材料进行了实验，结果表明两种材料的相互电荷转移有助于保持电中性状态。
650次充放电循环后，仍保留约90%的初始容量，即使在高速充放电时也能表现出出色的性能。另一方面，仅使用DMPZ的电极在前5个充电和放电循环中寿命缩短了20%。
此外，研究团队还成功开发了一种使用长寿命有机电极的袋型电池，展示了他们的工作对柔性锂二次电池商业化的潜在贡献。
除了在二次电池中的应用外，这一新成果还可以通过提高有机电极的电化学稳定性和寿命，为水电解和气体传感器等各个领域做出贡献。
KRISS智能设备团队负责人HosunShin博士表示：“为了成功过渡到绿色能源，推动材料创新以超越现有二次电池的局限性至关重要。我们预计我们的工作将加快下一代二次电池的商业化，并鼓励未来各个领域对有机电极的研究。”