Pričakuje se, da bo guma nadomestila tradicionalne materiale in postala ključni material za naslednjo generacijo polprevodniških baterij

Da bi električna vozila (EV) postala običajna, potrebujejo stroškovno učinkovite, varnejše in dolgotrajnejše baterije, ki med uporabo ne eksplodirajo ali škodujejo okolju. Raziskovalci na Georgia Institute of Technology so morda našli obetavno alternativo običajnim litij-ionskim baterijam:gume.

Elastomeri ali sintetični kavčuk se zaradi svojih vrhunskih mehanskih lastnosti pogosto uporabljajo v potrošniških izdelkih in naprednih tehnologijah, kot so nosljiva elektronika in mehki roboti. Raziskovalci so ugotovili, da ko je material oblikovan v 3D-strukturo, deluje kot avtocesta za hiter transport litijevih ionov, z vrhunsko mehansko žilavostjo, ki omogoča, da se baterije polnijo dlje in gredo dlje. Raziskava je bila izvedena v sodelovanju s Korea Advanced Institute of Science and Technology in je objavljena v reviji Nature.

V običajni litij-ionski bateriji ione premika tekoči elektrolit. Vendar pa so takšne baterije same po sebi nestabilne: že najmanjša poškodba lahko uhaja v elektrolite, kar povzroči eksplozijo ali požar. Pomisleki glede varnosti so prisilili industrijo, da se osredotoči na polprevodniške baterije, ki jih je mogoče izdelati iz anorganskih keramičnih materialov ali organskih polimerov.
"Večina industrij je osredotočena na izdelavo anorganskih trdnih elektrolitov. Vendar jih je težko izdelati, dragi so in niso okolju prijazni," pravi Seung Woo Lee, izredni profesor na strojniški šoli George W. Woodruff, ki je bil del raziskovalne skupine. ki je ugotovil, da je organski polimer na osnovi gume boljši od drugih materialov. Trdni polimerni elektroliti še naprej pritegnejo veliko zanimanja zaradi svojih nizkih proizvodnih stroškov, nestrupenih in mehkih lastnosti. Vendar običajni polimerni elektroliti nimajo zadostne ionske prevodnosti in mehanske stabilnosti, da bi zagotovili zanesljivo delovanje polprevodniških baterij.
Nova 3D zasnova prinaša preskok v energijski gostoti in zmogljivosti
Uporabljeni inženirji Georgia Techgumeelektroliti za reševanje pogostih težav (počasen transport litijevih ionov in slabe mehanske lastnosti). Ključni preboj je bil omogočiti materialom, da tvorijo tridimenzionalne (3D) med seboj povezane plastične kristalne faze v robustni gumijasti matrici. Ta edinstvena struktura prinaša visoko ionsko prevodnost, odlične mehanske lastnosti in elektrokemijsko stabilnost.
Gumijasti elektrolit je mogoče izdelati pri nizkih temperaturah s preprostim postopkom polimerizacije, ki ustvari čvrst in gladek vmesnik na površini elektrode. Te edinstvene lastnosti gumijastega elektrolita preprečujejo rast litijevih dendritov in omogočajo hitrejše gibanje ionov, kar omogoča zanesljivo delovanje polprevodniških baterij tudi pri sobni temperaturi.
Guma, ki se uporablja povsod zaradi svojih visokih mehanskih lastnosti, nam bo omogočil izdelavo cenejših, zanesljivejših in varnejših baterij. Večja ionska prevodnost pomeni, da lahko premikate več ionov hkrati, s povečanjem specifične energije in energijske gostote teh baterij pa lahko povečate doseg električnega vozila.

Raziskovalci zdaj delajo na načinih za izboljšanje delovanja baterije, s podaljšanjem njenega cikla in skrajšanjem časa polnjenja z boljšo ionsko prevodnostjo. Doslej so njihova prizadevanja privedla do dveh izboljšav pri zmogljivosti baterije/času cikla.

To delo bi lahko povečalo ugled Gruzije kot središča inovacij za električna vozila. SK Innovation, globalno energetsko in petrokemično podjetje, financira dodatne raziskave elektrolitskih materialov kot del svojega stalnega sodelovanja z inštitutom za izdelavo polprevodniških baterij naslednje generacije, ki so varnejše in energetsko intenzivnejše od tradicionalnih litij-ionskih baterij. SK Innovation je nedavno napovedal gradnjo nove tovarne baterij za električna vozila v mestu Commerce v Georgii, ki naj bi do leta 2023 proizvedla 21,5 gigavatnih ur litij-ionskih baterij na leto.
Povsem polprevodniške baterije bi lahko močno izboljšale kilometrino in varnost električnih vozil. Hitro rastoča podjetja za baterije, vključno s podjetjem SK Innovation, vidijo komercializacijo popolnoma polprevodniških baterij kot spremembo igre na trgu električnih vozil. Kyounghwan Choi, direktor SK Innovation's Next Generation Battery Research Center, je dejal: "Obstaja veliko upanja za hitro uporabo in komercializacijo popolnoma polprevodniških baterij s tekočim projektom v sodelovanju s SK Innovation in profesorjem Seung Woo Leejem iz Georgia Institute. tehnologije."