SK onが新素材開発を通じてシリコン陰極全固体バッテリー商用化の難題に挙げられてきた性能低下問題の解決策を提示した。
SK onは延世（ヨンセ）大校のチョン·ユンソク教授とキム·ジョンフン教授チームと共に、シリコン陰極に最適化された新素材バインダー「PPMA(電子伝導性高分子)」を開発したと15日、明らかにした。 PPMAは、伝導性と接着力を同時に確保した新素材バインダーで、既存のシリコン陰極全固体バッテリーが持っている構造的安全性問題を解決した。
今回の研究結果は昨年12月5日に国際学術誌「ネイチャー・コミュニケーションズ」にオンラインプレビューで掲載された。 公式掲載は学術誌の校正過程を経て、6日になされた。 審査委員らは今回の研究が既存の液体電解質基盤のバッテリーで活用が制限された伝導性高分子バインダーを全固体バッテリー環境で安定的に具現し、適用範囲を広げたという点に注目した。
SK onは、新素材バインダーを適用したシリコン陰極全固体電池を商用化に近い圧力条件で駆動することに成功した。
シリコン陰極は理論的に貯蔵容量が黒鉛の約10倍に達し、次世代高エネルギー密度バッテリーの核心素材として注目される。 ただし充電・放電過程で体積が300%以上変わる問題が商用化課題として名指しされてきた。 膨張・収縮で粒子間の接触が途絶え、内部抵抗が大きくなれば、エネルギー密度と容量はもちろん、寿命・出力・効率などバッテリーの性能をまともに具現することは難しい。
全固体バッテリーは電極を成す固体粒子間の接触を通じてのみ電気が流れる構造だ。 接触が切れた場合、回復が難しいため、接着物質であるバインダーの使用を増やしたり、高い圧力を加える方式が活用されてきた。 しかし、従来にバインダーとして広く使われてきたPVDF(ポリビニリデンフロライド)素材は絶縁性が強く、使用量を増やすほど電極性能を高めにくい限界があった。
これに対し、SK onと延世大学の研究陣は低圧環境で性能低下の原因がリチウムイオン伝達より電極内部の電子移動にあることを明らかにし、PPMA素材を開発した。
PPMA素材は、電極全般に電子が移動する通路を安定的に形成しながら、シリコン粒子の結合を強化するように設計された。 従来の方法では特殊溶媒と多くの圧力が必要だったが、PPMAは水基盤工程が可能で、環境負担を減らし、製造費用も節減される。 圧力も80%以上下げた。
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