炭黑產業網據3DInCites中文消息，電動汽車(EV)漸成主流，它們需要經濟高效、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生爆炸，也不會對環境造成危害。佐治亞理工學院的研究人員可能已經發現了一種很有希望替代傳統鋰離子電池的方法，這種電池由一種普通材料制成：橡膠。

人造橡膠，或合成橡膠，由于其優越的機械性能，被廣泛應用于消費類產品和先進技術中，如可穿戴電子和柔性機器人。研究人員發現，當這種材料被制成3D結構時，它就像一條高速路，能夠以優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。這項研究是與韓國科學技術院合作進行的，并發表在了《Nature》雜志上。

在傳統的鋰離子電池中，離子由液體電解質移動。然而，電池本身是不穩定的，即使是最輕微的損壞也可能有物質泄漏到電解液中，導致爆炸或火災。安全問題迫使業界關注固態電池，固態電池可以使用無機陶瓷材料或有機聚合物制造。

George W.Woodruff學院機械工程系副教授Seung-Woo Lee表示：“行業普遍都專注于制造無機固態電解質。但它們很難制造，價格昂貴，而且不環保。Seung-Woo Lee是研究團隊的一員，該團隊發現了一種優于其他材料的橡膠基有機聚合物。固態聚合物電解質因其低制造成本、無毒性和柔軟性引起人們的極大興趣。然而，傳統的聚合物電解質并沒有足夠的離子導電性和機械穩定性來保證固態電池的可靠運行。

新型3D設計帶來能量密度、性能的飛躍

佐治亞理工學院的工程師們已經用橡膠電解質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。這種獨特的結構具有高離子導電性、優異的機械性能和電化學穩定性。

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使用時間和通過更好的離子導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正在資助電解質材料的額外研究，作為其與該研究所持續合作的一部分，以制造比傳統鋰離子電池更安全、能量密度更高的下一代固態電池。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，預計到2023年，該工廠的鋰離子電池年產量將達到215億瓦時。

“所有的固態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在內的快速發展的電池公司相信，將所有固態電池商業化將成為電動汽車市場的一個游戲規則改變者，”SK創新公司下一代電池研究中心主任Kyonghwan Choi表示，“通過與SK Innovation和佐治亞理工學院的Seung-Woo Lee教授合作進行的項目，人們對全固態電池的快速應用和商業化抱有很高的期望。”

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