Várhatóan a gumi váltja fel a hagyományos anyagokat, és a szilárdtest akkumulátorok következő generációjának kulcsfontosságú anyagává válik

Ahhoz, hogy az elektromos járművek (EV) általánossá váljanak, költséghatékony, biztonságosabb és hosszabb élettartamú akkumulátorokra van szükségük, amelyek nem robbannak fel és nem károsítják a környezetet használat közben. A Georgia Institute of Technology kutatói ígéretes alternatívát találhattak a hagyományos lítium-ion akkumulátorokkal szemben:radír.

Az elasztomereket vagy a szintetikus gumit kiváló mechanikai tulajdonságaik miatt széles körben használják fogyasztói termékekben és fejlett technológiákban, például hordható elektronikában és puha robotokban. A kutatók azt találták, hogy ha az anyagot 3D-s szerkezetté alakítják, az a lítium-ionok gyors szállításának szupersztrádaként működik, kiváló mechanikai szilárdságával, amely lehetővé teszi az akkumulátorok hosszabb töltését és továbbhaladását. A kutatást a Koreai Fejlesztett Tudományos és Technológiai Intézettel együttműködve végezték, és a Nature folyóiratban teszik közzé.

A hagyományos lítium-ion akkumulátorban az ionokat folyékony elektrolit mozgatja. Az ilyen akkumulátorok azonban természetüknél fogva instabilok: a legkisebb sérülés is az elektrolitokba szivároghat, ami robbanáshoz vagy tüzet okozhat. A biztonsági aggályok arra kényszerítették az ipart, hogy a szilárdtest akkumulátorokra összpontosítson, amelyek szervetlen kerámia anyagok vagy szerves polimerek felhasználásával készülhetnek.
"A legtöbb iparág a szervetlen szilárd elektrolitok gyártására összpontosít. De nehéz előállítani, drágák és nem környezetbarátak" - mondja Seung Woo Lee, a George W. Woodruff Gépészmérnöki Iskola docense, aki egy kutatócsoport tagja volt. hogy a gumialapú szerves polimert jobbnak találták, mint más anyagok. A szilárd polimer elektrolitok továbbra is nagy érdeklődést váltanak ki alacsony gyártási költségük, nem mérgező és lágy tulajdonságaik miatt. A hagyományos polimer elektrolitok azonban nem rendelkeznek elegendő ionvezető képességgel és mechanikai stabilitással a szilárdtest akkumulátorok megbízható működéséhez.
Az újszerű 3D-s dizájn ugrásszerű energiasűrűséget és teljesítményt hoz
Georgia Tech mérnökei használtakradírelektrolitok a gyakori problémák megoldására (lassú lítium-ion transzport és rossz mechanikai tulajdonságok). A legfontosabb áttörés az volt, hogy lehetővé tették az anyagoknak, hogy háromdimenziós (3D) egymással összekapcsolt műanyag kristályos fázisokat alkossanak egy masszív gumimátrixban. Ez az egyedülálló szerkezet magas ionvezetőképességet, kiváló mechanikai tulajdonságokat és elektrokémiai stabilitást biztosít.
A gumi elektrolit alacsony hőmérsékleten állítható elő egyszerű polimerizációs eljárással, amely szilárd és sima felületet hoz létre az elektróda felületén. A gumi elektrolit ezen egyedülálló tulajdonságai megakadályozzák a lítium-dendritek növekedését, és lehetővé teszik az ionok gyorsabb mozgását, lehetővé téve a szilárdtest akkumulátorok megbízható működését még szobahőmérsékleten is.
RadírA kiváló mechanikai tulajdonságai miatt mindenhol használják, lehetővé teszi számunkra, hogy olcsóbb, megbízhatóbb és biztonságosabb akkumulátorokat készítsünk. A magasabb ionvezetőképesség azt jelenti, hogy egyszerre több iont mozgathat meg, ezen akkumulátorok fajlagos energiájának és energiasűrűségének növelésével pedig növelheti az elektromos jármű hatótávolságát.

A kutatók most azon dolgoznak, hogy javítsák az akkumulátor teljesítményét, növeljék ciklusidejét és csökkentsék a töltési időt a jobb ionvezetőképesség révén. Eddigi erőfeszítéseik két javulást eredményeztek az akkumulátor teljesítményében/ciklusidejében.

Ez a munka növelheti Georgia hírnevét az elektromos járművek innovációs központjaként. Az SK Innovation, egy globális energetikai és petrolkémiai vállalat további kutatásokat finanszíroz az elektrolit anyagokkal kapcsolatban az Intézettel folytatott folyamatos együttműködésének részeként, hogy új generációs szilárdtest akkumulátorokat építsenek, amelyek biztonságosabbak és energiaigényesebbek, mint a hagyományos lítium-ion akkumulátorok. Az SK Innovation a közelmúltban bejelentette egy új elektromos járművek akkumulátor-gyárának építését a georgiai Commerce-ben, amely 2023-ig várhatóan évi 21,5 gigawattóra lítium-ion akkumulátort fog gyártani.
A szilárdtest akkumulátorok nagymértékben javíthatják az elektromos járművek futásteljesítményét és biztonságát. A gyorsan növekvő akkumulátorgyártó cégek, köztük az SK Innovation, úgy látják, hogy a szilárdtest-akkumulátorok piacra dobják az ev-piacot. Kyounghwan Choi, az SK Innovation Következő generációs akkumulátorkutató központjának igazgatója elmondta: "Nagy reményeket fűznek a szilárdtest-akkumulátorok gyors alkalmazásához és kereskedelmi forgalomba hozatalához az SK Innovation vállalattal és Seung Woo Lee professzorral, a Georgia Institute munkatársával együttműködésben folyó projekt révén. technológia."