Očakáva sa, že guma nahradí tradičné materiály a stane sa kľúčovým materiálom pre ďalšiu generáciu polovodičových batérií

Aby sa elektrické vozidlá (EV) dostali do hlavného prúdu, potrebujú cenovo výhodné, bezpečnejšie batérie s dlhšou životnosťou, ktoré počas používania nevybuchnú a nepoškodia životné prostredie. Výskumníci z Georgia Institute of Technology mohli nájsť sľubnú alternatívu ku konvenčným lítium-iónovým batériám:guma.

Elastoméry alebo syntetický kaučuk sa vďaka svojim vynikajúcim mechanickým vlastnostiam široko používajú v spotrebných výrobkoch a pokročilých technológiách, ako je nositeľná elektronika a mäkké roboty. Výskumníci zistili, že keď je materiál formulovaný do 3D štruktúry, funguje ako superdiaľnica pre rýchly transport lítium-iónových iónov s vynikajúcou mechanickou odolnosťou, ktorá umožňuje batériám nabíjať sa dlhšie a ísť ďalej. Výskum sa uskutočnil v spolupráci s Kórejským pokročilým inštitútom vedy a techniky a je publikovaný v časopise Nature.

V bežnej lítium-iónovej batérii sa ióny pohybujú pomocou tekutého elektrolytu. Takéto batérie sú však vo svojej podstate nestabilné: aj pri najmenšom poškodení môže dôjsť k úniku elektrolytov, čo môže viesť k výbuchu alebo požiaru. Obavy o bezpečnosť prinútili priemysel zamerať sa na batérie v tuhom stave, ktoré môžu byť vyrobené s použitím anorganických keramických materiálov alebo organických polymérov.
"Väčšina priemyselných odvetví sa zameriava na vytváranie anorganických pevných elektrolytov. Je však ťažké ich vyrobiť, sú drahé a nie sú šetrné k životnému prostrediu," hovorí Seung Woo Lee, docent na George W. Woodruff School of Mechanical Engineering, ktorý bol súčasťou výskumného tímu. ktorý našiel organický polymér na báze kaučuku lepší ako iné materiály. Pevné polymérne elektrolyty naďalej priťahujú veľký záujem kvôli ich nízkym výrobným nákladom, netoxickým a mäkkým vlastnostiam. Bežné polymérové ​​elektrolyty však nemajú dostatočnú iónovú vodivosť a mechanickú stabilitu na zabezpečenie spoľahlivej prevádzky pevných batérií.
Nový 3D dizajn prináša skok v hustote energie a výkone
Použili inžinieri Georgia Techgumax
Gumový elektrolyt môže byť vyrobený pri nízkych teplotách pomocou jednoduchého polymerizačného procesu, ktorý vytvára pevné a hladké rozhranie na povrchu elektródy. Tieto jedinečné vlastnosti gumového elektrolytu zabraňujú rastu dendritov lítia a umožňujú rýchlejší pohyb iónov, čo umožňuje batériám v pevnej fáze spoľahlivo fungovať aj pri izbovej teplote.
Guma, všade používaný pre svoje vysoké mechanické vlastnosti, nám umožní vyrábať lacnejšie, spoľahlivejšie a bezpečnejšie batérie. Vyššia iónová vodivosť znamená, že môžete presunúť viac iónov súčasne a zvýšením špecifickej energie a hustoty energie týchto batérií môžete zvýšiť dojazd elektrického vozidla.

Výskumníci teraz pracujú na spôsoboch, ako zlepšiť výkon batérie, predĺžiť jej cyklus a skrátiť čas nabíjania vďaka lepšej iónovej vodivosti. Ich úsilie zatiaľ viedlo k dvom zlepšeniam výkonu batérie/času cyklu.

Táto práca by mohla zlepšiť reputáciu Gruzínska ako inovačného centra pre elektrické vozidlá. SK Innovation, globálna energetická a petrochemická spoločnosť, financuje ďalší výskum elektrolytických materiálov ako súčasť svojej pokračujúcej spolupráce s inštitútom na vybudovanie polovodičových batérií novej generácie, ktoré sú bezpečnejšie a energeticky náročnejšie ako tradičné lítium-iónové batérie. SK Innovation nedávno oznámila výstavbu nového závodu na výrobu batérií pre elektrické vozidlá v Commerce v štáte Georgia, ktorý by mal do roku 2023 vyrábať 21,5 gigawatthodín lítium-iónových batérií ročne.
Celopevné batérie by mohli výrazne zlepšiť dojazd a bezpečnosť elektrických vozidiel. Rýchlo rastúce spoločnosti zaoberajúce sa batériou, vrátane SK Innovation, vnímajú komercializáciu polovodičových batérií ako zmenu hry na trhu ev. Kyounghwan Choi, riaditeľ Výskumného centra batérií novej generácie spoločnosti SK Innovation, povedal: „Existujú veľké nádeje na rýchlu aplikáciu a komercializáciu polovodičových batérií prostredníctvom prebiehajúceho projektu v spolupráci s SK Innovation a profesorom Seung Woo Lee z Georgia Institute. technológie."