韩国原子能研究院27日宣布，该院成功开发出了可解决无正极电池问题的Maxene复合材料，并已完成了利用中子散射装置的精密分析和性能验证。
无正极电池，即静音电池，是下一代电池技术，它去除了现有电池的阴极，使电池更小、更轻，同时提高了储能容量。这种电池在需要高能量密度和轻量化的领域，如电动汽车(EV)和储能系统(ESS)中，尤其受到关注。然而，由于无正极电池具有没有阴极的结构，离子在电池内部移动不均匀，容易形成树枝状金属离子，从而降低电池的寿命和安全性。
为了克服这一问题，韩国原子能研究院开发了Maxene复合物。Maxene是一种由非常薄的碳和钛层制成的材料，其导电性像金属一样好，同时具有柔韧性，可以提高非导电电池的性能。但由于离子流动不顺畅，仅使用现有的Maxene材料很难使电池正常操作。
为了改进这一缺点，研究团队堆叠了多层MXene，并在其间插入经济高效、电导率高的超细银粒子，在层间形成了微通道。通过这种Maxene复合物应用到储存从阳极移动的离子的金属板上，移动路径的宽度从2.4纳米增加到25纳米，增加了10倍以上，使离子能够沿着电池内部的路径均匀流动。均匀的离子流可减少枝晶对电池的损害，从而提高电池的性能和安全性。
由于Maxene和超细银粒子都带负电荷并且相互排斥，注射银粒子并不容易。为了解决这个问题，研究团队采用了一种真空过滤的方法，类似于用吸管喝饮料时降低内部压力的原理，让外部气压将银颗粒推到Maxene层之间。
此外，研究团队还完成了所开发的Maxene复合物的性能验证。他们利用中子散射装置分析了离子运动路径，确认离子流是顺畅的。同时，还测量了电导率，以验证插入MXene复合物的无正极电池是否正常运行。中子小角散射(SANS)是一种先进的分析设备，通过用冷中子源照射样品并反弹中子，可以精确分析精细材料的排列、结构、孔隙和颗粒缺陷。
此项研究是在韩国科学技术信息通信部产学研合作平台建设试点项目的支持下开展的。其成果以封面论文(Supplementary)的形式发表在世界知名学术期刊《Journal of Physical Chemistry Letters》的在线版上。
韩国原子能研究院李尚浩博士表示，Maxene等二维材料微路径控制技术是延长无正极电池安全性和寿命的关键技术，有望为未来的二次电池研究提供多样性。
