炭黑產(chǎn)業(yè)網(wǎng)據(jù)3DInCites中文消息，電動汽車(EV)漸成主流，它們需要經(jīng)濟(jì)高效、更安全、壽命更長的電池，而且這些電池在使用過程中不會發(fā)生爆炸，也不會對環(huán)境造成危害。佐治亞理工學(xué)院的研究人員可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種很有希望替代傳統(tǒng)鋰離子電池的方法，這種電池由一種普通材料制成：橡膠。
人造橡膠，或合成橡膠，由于其優(yōu)越的機械性能，被廣泛應(yīng)用于消費類產(chǎn)品和先進(jìn)技術(shù)中，如可穿戴電子和柔性機器人。研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)這種材料被制成3D結(jié)構(gòu)時，它就像一條高速路，能夠以優(yōu)異的機械韌性快速傳輸鋰離子，從而使電池充電時間更長，可以讓車輛走得更遠(yuǎn)。這項研究是與韓國科學(xué)技術(shù)院合作進(jìn)行的，并發(fā)表在了《Nature》雜志上。
在傳統(tǒng)的鋰離子電池中，離子由液體電解質(zhì)移動。然而，電池本身是不穩(wěn)定的，即使是最輕微的損壞也可能有物質(zhì)泄漏到電解液中，導(dǎo)致爆炸或火災(zāi)。安全問題迫使業(yè)界關(guān)注固態(tài)電池，固態(tài)電池可以使用無機陶瓷材料或有機聚合物制造。
George W.Woodruff學(xué)院機械工程系副教授Seung-Woo Lee表示：“行業(yè)普遍都專注于制造無機固態(tài)電解質(zhì)。但它們很難制造，價格昂貴，而且不環(huán)保。Seung-Woo Lee是研究團(tuán)隊的一員，該團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了一種優(yōu)于其他材料的橡膠基有機聚合物。固態(tài)聚合物電解質(zhì)因其低制造成本、無毒性和柔軟性引起人們的極大興趣。然而，傳統(tǒng)的聚合物電解質(zhì)并沒有足夠的離子導(dǎo)電性和機械穩(wěn)定性來保證固態(tài)電池的可靠運行。
新型3D設(shè)計帶來能量密度、性能的飛躍
佐治亞理工學(xué)院的工程師們已經(jīng)用橡膠電解質(zhì)解決了一些常見問題(如鋰離子傳輸緩慢和機械性能差等)。這一關(guān)鍵突破允許該材料在堅固的橡膠基體中形成三維(3D)互連塑料晶體相。這種獨特的結(jié)構(gòu)具有高離子導(dǎo)電性、優(yōu)異的機械性能和電化學(xué)穩(wěn)定性。
這種橡膠電解液可以在低溫條件下使用簡單的聚合工藝制成，在電極表面生成堅固光滑的界面。橡膠電解液的這些獨特特性防止了鋰枝晶的生長，并允許更快的離子移動，使固態(tài)電池即使在室溫下也能可靠運行。
“橡膠因其高機械性能而被廣泛使用，它將使我們能夠制造出廉價、更可靠、更安全的電池。”Lee說道。
“更高的離子導(dǎo)電率意味著可以同時移動更多的離子，”機械工程研究生Michael Lee表示，“通過增加這些電池的比能量和能量密度，可以增加電動汽車的行駛里程。”
研究人員正在尋找通過增加電池的循環(huán)使用時間和通過更好的離子導(dǎo)電性縮短充電時間來改善電池性能的方法。到目前為止，他們的努力使電池的性能/循環(huán)時間提高了兩倍。
這項研究工作可以提高格魯吉亞作為電動汽車創(chuàng)新中心的聲譽。全球能源和石油化工公司SKInnovation正在資助電解質(zhì)材料的額外研究，作為其與該研究所持續(xù)合作的一部分，以制造比傳統(tǒng)鋰離子電池更安全、能量密度更高的下一代固態(tài)電池。SK Innovation最近宣布在佐治亞州建造一座新的電動汽車電池工廠，預(yù)計到2023年，該工廠的鋰離子電池年產(chǎn)量將達(dá)到215億瓦時。
“所有的固態(tài)電池都可以顯著提高電動汽車的行駛里程和安全性。包括SKInnovation在內(nèi)的快速發(fā)展的電池公司相信，將所有固態(tài)電池商業(yè)化將成為電動汽車市場的一個游戲規(guī)則改變者，”SK創(chuàng)新公司下一代電池研究中心主任Kyonghwan Choi表示，“通過與SK Innovation和佐治亞理工學(xué)院的Seung-Woo Lee教授合作進(jìn)行的項目，人們對全固態(tài)電池的快速應(yīng)用和商業(yè)化抱有很高的期望。”
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