Cauciucul este de așteptat să înlocuiască materialele tradiționale și să devină materialul cheie pentru următoarea generație de baterii cu stare solidă

Pentru ca vehiculele electrice (EV) să devină populare, au nevoie de baterii rentabile, mai sigure și de durată mai lungă, care să nu explodeze și să nu dăuneze mediului în timpul utilizării. Cercetătorii de la Institutul de Tehnologie din Georgia ar fi găsit o alternativă promițătoare la bateriile convenționale cu litiu-ion:cauciuc.

Elastomerii sau cauciucul sintetic sunt utilizați pe scară largă în produsele de larg consum și în tehnologiile avansate, cum ar fi electronicele portabile și roboții moi, datorită proprietăților lor mecanice superioare. Cercetătorii au descoperit că atunci când materialul este formulat într-o structură 3D, acesta acționează ca o autostradă pentru transportul rapid de ioni de litiu, cu o rezistență mecanică superioară care permite bateriilor să se încarce mai mult și să meargă mai departe. Cercetarea a fost realizată în colaborare cu Institutul Avansat de Știință și Tehnologie din Coreea și este publicată în revista Nature.

Într-o baterie convențională cu litiu-ion, ionii sunt mișcați de un electrolit lichid. Cu toate acestea, astfel de baterii sunt în mod inerent instabile: chiar și cele mai mici daune se pot scurge în electroliți, ducând la o explozie sau un incendiu. Preocupările legate de siguranță au forțat industria să se concentreze pe bateriile cu stare solidă, care pot fi fabricate folosind materiale ceramice anorganice sau polimeri organici.
„Majoritatea industriilor se concentrează pe construirea de electroliți solizi anorganici. Dar aceștia sunt greu de făcut, scumpi și nu sunt ecologici”, spune Seung Woo Lee, profesor asociat la George W. Woodruff School of Mechanical Engineering, care a făcut parte dintr-o echipă de cercetare. care a găsit un polimer organic pe bază de cauciuc superior altor materiale. Electroliții polimeri solizi continuă să atragă un mare interes datorită costului lor scăzut de fabricație, proprietăților netoxice și moi. Cu toate acestea, electroliții polimeri convenționali nu au suficientă conductivitate ionică și stabilitate mecanică pentru a asigura funcționarea fiabilă a bateriilor cu stare solidă.
Noul design 3d aduce un salt în densitatea energiei și performanță
xcauciucelectroliți pentru a rezolva probleme comune (transport lent al ionilor de litiu și proprietăți mecanice slabe). Descoperirea cheie a fost aceea de a permite materialelor să formeze faze cristaline din plastic tridimensionale (3D) interconectate într-o matrice de cauciuc robustă. Această structură unică aduce o conductivitate ionică ridicată, proprietăți mecanice excelente și stabilitate electrochimică.
Electrolitul de cauciuc poate fi realizat la temperaturi scăzute folosind un proces simplu de polimerizare care produce o interfață fermă și netedă pe suprafața electrodului. Aceste proprietăți unice ale electrolitului de cauciuc împiedică creșterea dendritelor de litiu și permit o mișcare mai rapidă a ionilor, permițând bateriilor cu stare solidă să funcționeze în mod fiabil chiar și la temperatura camerei.
Cauciuc, folosit peste tot pentru proprietățile sale mecanice ridicate, ne va permite să facem baterii mai ieftine, mai fiabile și mai sigure. O conductivitate ionică mai mare înseamnă că puteți muta mai mulți ioni în același timp, iar prin creșterea energiei specifice și a densității de energie a acestor baterii, puteți crește autonomia vehiculului electric.

Cercetătorii lucrează acum la modalități de îmbunătățire a performanței bateriei, mărind timpul ciclului acesteia și reducând timpul de încărcare printr-o conductivitate ionică mai bună. Până acum, eforturile lor au dus la două îmbunătățiri ale performanței bateriei/durata ciclului.

Această activitate ar putea spori reputația Georgiei ca centru de inovare pentru vehiculele electrice. SK Innovation, o companie globală de energie și petrochimie, finanțează cercetări suplimentare în materialele electrolitice, ca parte a colaborării sale continue cu Institutul, pentru a construi baterii cu stare solidă de ultimă generație, care sunt mai sigure și consumatoare de energie decât bateriile tradiționale cu litiu-ion. SK Innovation a anunțat recent construirea unei noi fabrici de baterii pentru vehicule electrice în Commerce, Georgia, care se așteaptă să producă 21,5 gigawați-oră de baterii litiu-ion până în 2023.
Bateriile cu stare solidă ar putea îmbunătăți considerabil kilometrajul și siguranța vehiculelor electrice. Companiile de baterii cu creștere rapidă, inclusiv SK Innovation, văd în comercializarea bateriilor cu stare solidă o schimbare a jocului pentru piața vehiculelor electrice. Kyounghwan Choi, directorul Centrului de Cercetare a Bateriilor de Generație Următoare al SK Innovation, a declarat: „Există speranțe mari pentru aplicarea și comercializarea rapidă a bateriilor cu stare solidă prin proiectul în derulare, în colaborare cu SK Innovation și profesorul Seung Woo Lee de la Institutul Georgia. de tehnologie”.