Ожидается, что резина заменит традиционные материалы и станет ключевым материалом для следующего поколения твердотельных аккумуляторов.

Чтобы электромобили (EV) стали массовыми, им нужны экономичные, безопасные и долговечные батареи, которые не взрываются и не наносят вред окружающей среде во время использования. Исследователи из Технологического института Джорджии, возможно, нашли многообещающую альтернативу обычным литий-ионным батареям:резина.

Эластомеры или синтетический каучук широко используются в потребительских товарах и передовых технологиях, таких как носимая электроника и мягкие роботы, благодаря их превосходным механическим свойствам. Исследователи обнаружили, что когда материал превращается в трехмерную структуру, он действует как супермагистраль для быстрой транспортировки ионов лития с превосходной механической прочностью, которая позволяет батареям дольше заряжаться и работать дальше. Исследование было проведено в сотрудничестве с Корейским передовым институтом науки и технологий и опубликовано в журнале Nature.

В обычной литий-ионной батарее ионы перемещаются жидким электролитом. Однако такие аккумуляторы по своей природе нестабильны: даже малейшие повреждения могут просочиться в электролиты, что приведет к взрыву или возгоранию. Соображения безопасности вынудили промышленность сосредоточиться на твердотельных батареях, которые могут быть изготовлены с использованием неорганических керамических материалов или органических полимеров.
«Большинство отраслей сосредоточено на создании неорганических твердых электролитов. Но их трудно производить, они дороги и неэкологичны», — говорит Сын Ву Ли, доцент Школы машиностроения им. Джорджа Вудраффа, входивший в исследовательскую группу. которые обнаружили, что органический полимер на основе каучука превосходит другие материалы. Твердые полимерные электролиты продолжают вызывать большой интерес из-за их низкой себестоимости, нетоксичности и мягких свойств. Однако обычные полимерные электролиты не обладают достаточной ионной проводимостью и механической стабильностью для обеспечения надежной работы твердотельных аккумуляторов.
Новый трехмерный дизайн обеспечивает скачок в плотности энергии и производительности.
Инженеры Технологического института Джорджии использовалирезинаэлектролиты для решения общих проблем (медленный транспорт ионов лития и плохие механические свойства). Ключевой прорыв состоял в том, чтобы позволить материалам образовывать трехмерные (3D) взаимосвязанные пластиковые кристаллические фазы в прочной резиновой матрице. Эта уникальная структура обеспечивает высокую ионную проводимость, отличные механические свойства и электрохимическую стабильность.
Резиновый электролит может быть изготовлен при низких температурах с использованием простого процесса полимеризации, который обеспечивает прочную и гладкую поверхность поверхности электрода. Эти уникальные свойства каучукового электролита предотвращают рост литиевых дендритов и обеспечивают более быстрое движение ионов, что позволяет твердотельным батареям надежно работать даже при комнатной температуре.
Резина, широко используемый благодаря своим высоким механическим свойствам, позволит нам делать более дешевые, надежные и безопасные батареи. Более высокая ионная проводимость означает, что вы можете перемещать больше ионов одновременно, а за счет увеличения удельной энергии и плотности энергии этих батарей вы можете увеличить запас хода электромобиля.

В настоящее время исследователи работают над способами улучшения производительности батареи, увеличения времени ее цикла и сокращения времени зарядки за счет улучшения ионной проводимости. На данный момент их усилия привели к двум улучшениям производительности батареи/времени цикла.

Эта работа может укрепить репутацию Грузии как инновационного центра электромобилей. SK Innovation, глобальная энергетическая и нефтехимическая компания, финансирует дополнительные исследования электролитных материалов в рамках своего постоянного сотрудничества с Институтом по созданию твердотельных батарей следующего поколения, которые являются более безопасными и энергоемкими, чем традиционные литий-ионные батареи. SK Innovation недавно объявила о строительстве нового завода по производству аккумуляторов для электромобилей в Коммерсе, штат Джорджия, который, как ожидается, будет производить 21,5 гигаватт-часа литий-ионных аккумуляторов в год к 2023 году.
Полностью твердотельные батареи могут значительно увеличить пробег и безопасность электромобилей. Быстрорастущие производители аккумуляторов, в том числе SK Innovation, видят в коммерциализации полностью твердотельных аккумуляторов переломный момент на рынке электромобилей. Кёнхван Чой, директор Исследовательского центра аккумуляторов следующего поколения SK Innovation, сказал: «Возлагаются большие надежды на быстрое применение и коммерциализацию полностью твердотельных аккумуляторов благодаря текущему проекту в сотрудничестве с SK Innovation и профессором Сын Ву Ли из Института Джорджии. технологий».