Се очекува гумата да ги замени традиционалните материјали за да стане клучен материјал за следната генерација на батерии во цврста состојба

Со цел електричните возила (ЕВ) да станат мејнстрим, им требаат економични, побезбедни и подолготрајни батерии кои не експлодираат и не и штетат на животната средина при употреба. Истражувачите од Технолошкиот институт во Џорџија можеби нашле ветувачка алтернатива на конвенционалните литиум-јонски батерии:гума.

Еластомерите, или синтетичката гума, се широко користени во производи за широка потрошувачка и напредни технологии како што се електроника за носење и меки роботи поради нивните супериорни механички својства. Истражувачите открија дека кога материјалот е формулиран во 3D структура, тој делува како автопат за брз транспорт на литиум јони, со супериорна механичка цврстина што им овозможува на батериите да се полнат подолго и да одат подалеку. Истражувањето е спроведено во соработка со Напредниот институт за наука и технологија на Кореја и е објавено во списанието Nature.

Во конвенционалната литиум-јонска батерија, јоните се движат со течен електролит. Сепак, таквите батерии се инхерентно нестабилни: дури и најмала штета може да истече во електролитите, што ќе доведе до експлозија или пожар. Загриженоста за безбедноста ја принуди индустријата да се фокусира на батерии во цврста состојба, кои можат да се направат со употреба на неоргански керамички материјали или органски полимери.
„Повеќето индустрии се фокусирани на градење неоргански цврсти електролити. Но, тие се тешко да се направат, скапи и не се еколошки“, вели Сеунг Ву Ли, вонреден професор на Факултетот за механичко инженерство Џорџ В. Вудруф, кој бил дел од истражувачкиот тим. кои откриле органски полимер базиран на гума супериорен во однос на другите материјали. Цврстите полимерни електролити продолжуваат да привлекуваат голем интерес поради нивните ниски трошоци за производство, нетоксични и меки својства. Сепак, конвенционалните полимерни електролити немаат доволна јонска спроводливост и механичка стабилност за да обезбедат сигурна работа на батериите во цврста состојба.
Новиот 3d дизајн носи скок во енергетската густина и перформанси
Користени инженери од Georgia Techгумаелектролити за решавање на вообичаени проблеми (бавен транспорт на јони на литиум и лоши механички својства). Клучниот пробив беше да им се дозволи на материјалите да формираат тридимензионални (3D) меѓусебно поврзани пластични кристални фази во цврста гумена матрица. Оваа уникатна структура носи висока јонска спроводливост, одлични механички својства и електрохемиска стабилност.
Гумениот електролит може да се направи на ниски температури користејќи едноставен процес на полимеризација што создава цврста и мазна интерфејс на површината на електродата. Овие уникатни својства на гумениот електролит го спречуваат растот на литиумските дендрити и овозможуваат побрзо движење на јоните, овозможувајќи им на батериите во цврста состојба да работат сигурно дури и на собна температура.
Гума, кој се користи насекаде поради неговите високи механички својства, ќе ни овозможи да направиме поевтини, посигурни и побезбедни батерии. Поголемата јонска спроводливост значи дека можете да придвижувате повеќе јони во исто време, а со зголемување на специфичната енергија и густината на енергијата на овие батерии, можете да го зголемите опсегот на електричното возило.

Истражувачите сега работат на начини за подобрување на перформансите на батеријата, зголемувајќи го времето на нејзиниот циклус и намалувајќи го времето на полнење преку подобра јонска спроводливост. Досега, нивните напори резултираа со две подобрувања во перформансите на батеријата/времето на циклусот.

Оваа работа може да ја подобри репутацијата на Грузија како центар за иновации за електрични возила. SK Innovation, глобална енергетска и петрохемиска компанија, финансира дополнително истражување за електролитните материјали како дел од нејзината тековна соработка со Институтот за изградба на следната генерација на цврсти батерии кои се побезбедни и поенергетски интензивни од традиционалните литиум-јонски батерии. SK Innovation неодамна најави изградба на нова фабрика за батерии за електрични возила во Комерс, Џорџија, која се очекува да произведува 21,5 гигават часови литиум-јонски батерии годишно до 2023 година.
x