Очікується, що гума замінить традиційні матеріали і стане ключовим матеріалом для наступного покоління твердотільних батарей

Для того, щоб електромобілі (EV) стали масовими, їм потрібні економічні, безпечніші та довговічні акумулятори, які не вибухають і не завдають шкоди навколишньому середовищу під час використання. Дослідники з Технологічного інституту Джорджії, можливо, знайшли багатообіцяючу альтернативу звичайним літій-іонним акумуляторам:гумовий.

Еластомери, або синтетичний каучук, широко використовуються в споживчих товарах і передових технологіях, таких як переносна електроніка та м’які роботи, завдяки своїм чудовим механічним властивостям. Дослідники виявили, що коли матеріал складається в 3D-структуру, він діє як надмагістраль для швидкого транспортування літієвих іонів, з надзвичайною механічною міцністю, що дозволяє батареям заряджатися довше та йти далі. Дослідження було проведено у співпраці з Корейським передовим інститутом науки і технологій і опубліковано в журналі Nature.

У звичайній літій-іонній батареї іони переміщуються рідким електролітом. Однак такі батареї за своєю природою нестабільні: навіть найменше пошкодження може потрапити в електроліт, що призведе до вибуху або пожежі. Занепокоєння безпекою змусили промисловість зосередитися на твердотільних батареях, які можуть виготовлятися з використанням неорганічних керамічних матеріалів або органічних полімерів.
«Більшість галузей промисловості зосереджена на створенні неорганічних твердих електролітів. Але їх важко виготовити, вони дорогі та не екологічно чисті», — каже Сенг Ву Лі, доцент Школи машинобудування Джорджа Вудраффа, який був частиною дослідницької групи. які виявили, що органічний полімер на основі каучуку перевершує інші матеріали. Тверді полімерні електроліти продовжують привертати великий інтерес через їх низьку вартість виробництва, нетоксичні та м’які властивості. Однак звичайні полімерні електроліти не мають достатньої іонної провідності та механічної стабільності, щоб забезпечити надійну роботу твердотільних батарей.
Новий 3D-дизайн забезпечує стрибок у щільності енергії та продуктивності
Використовували інженери Georgia Techгумовийелектроліти для вирішення типових проблем (повільний транспорт іонів літію та погані механічні властивості). Ключовим проривом було дозволити матеріалам утворювати тривимірні (3D) взаємопов’язані пластикові кристалічні фази в міцній гумовій матриці. Ця унікальна структура забезпечує високу іонну провідність, відмінні механічні властивості та електрохімічну стабільність.
Гумовий електроліт можна виготовити при низьких температурах за допомогою простого процесу полімеризації, який створює міцну та гладку поверхню електрода. Ці унікальні властивості гумового електроліту запобігають зростанню літієвих дендритів і забезпечують швидший рух іонів, що дозволяє твердотільним батареям надійно працювати навіть за кімнатної температури.
x, який використовується повсюдно через його високі механічні властивості, дозволить нам виготовляти дешевші, надійніші та безпечніші батареї. Вища іонна провідність означає, що ви можете переміщати більше іонів одночасно, а за рахунок збільшення питомої енергії та щільності енергії цих батарей ви можете збільшити запас ходу електромобіля.

Зараз дослідники працюють над тим, як покращити продуктивність батареї, збільшивши час її циклу та скоротивши час зарядки за рахунок кращої іонної провідності. Наразі їхні зусилля привели до двох покращень продуктивності акумулятора/часу циклу.

Ця робота може підвищити репутацію Грузії як інноваційного центру електромобілів. SK Innovation, глобальна енергетична та нафтохімічна компанія, фінансує додаткові дослідження електролітних матеріалів у рамках своєї постійної співпраці з Інститутом для створення твердотільних батарей нового покоління, які є безпечнішими та енергоємнішими, ніж традиційні літій-іонні батареї. SK Innovation нещодавно оголосила про будівництво нового заводу з виробництва акумуляторів для електромобілів у Коммерсі, штат Джорджія, який, як очікується, вироблятиме 21,5 гігават годин літій-іонних акумуляторів на рік до 2023 року.
Повністю твердотільні акумулятори можуть значно покращити пробіг і безпеку електромобілів. Компанії, що швидко розвиваються, включаючи SK Innovation, бачать комерціалізацію повністю твердотільних батарей як зміну гри на ринку електромобілів. Кьонхван Чой, директор Центру досліджень акумуляторів наступного покоління SK Innovation, сказав: «Є великі надії на швидке застосування та комерціалізацію повністю твердотільних батарей через поточний проект у співпраці з SK Innovation та професором Seung Woo Lee з Інституту Джорджії. технології».