为了使电动汽车 (EV) 成为主流，它们需要具有成本效益、更安全、更持久的电池，并且在使用过程中不会爆炸或危害环境。佐治亚理工学院的研究人员可能已经找到了一种有前途的替代传统锂离子电池的方法，该电池由一种常见的材料制成：橡胶。
弹性体或合成橡胶因其卓越的机械性能而广泛用于消费品和可穿戴电子产品和软机器人等先进技术中国机械网okmao.com。研究人员发现，当这种材料配制成 3D 结构时，可以作为快速锂离子传输的高速公路，具有出色的机械韧性，从而使电池充电时间更长，可以走得更远。这项与韩国科学技术高等研究院合作进行的研究于周三发表在《自然》杂志上。
在传统的锂离子电池中，离子由液体电解质移动。然而，电池本质上是不稳定的：即使是最轻微的损坏也可能泄漏到电解液中，导致爆炸或火灾。安全问题迫使业界关注固态电池，它可以使用无机陶瓷材料或有机聚合物制成。
乔治·W·伍德拉夫机械工程学院副教授 Seung Woo Lee 说：“大多数行业都专注于制造无机固态电解质。但它们很难制造、价格昂贵且不环保。”一个研究小组的成员，他们发现了一种优于其他材料的橡胶基有机聚合物。固体聚合物电解质由于其低制造成本、无毒和柔软的性质而继续引起人们的极大兴趣。然而，传统的聚合物电解质不具备足够的离子电导率和机械稳定性来实现固态电池的可靠运行。
新颖的 3D 设计导致能量密度和性能的飞跃
佐治亚理工学院的工程师使用橡胶电解质解决了常见问题（锂离子传输速度慢和机械性能差）。关键突破是允许材料在坚固的橡胶基质内形成三维 (3D) 互连的塑料晶相。这种独特的结构带来了高离子电导率、优异的机械性能和电化学稳定性。
这种橡胶电解质可以在低温条件下使用简单的聚合工艺制成，在电极表面产生坚固而光滑的界面。橡胶电解质的这些独特特性可防止锂枝晶生长，并允许更快的离子移动，即使在室温下也能实现固态电池的可靠运行。
“橡胶因其高机械性能而被广泛使用，它将使我们能够制造出更便宜、更可靠和更安全的电池，”Lee 说。
“更高的离子电导率意味着你可以同时移动更多的离子，”机械工程研究生研究员迈克尔李说。“通过增加这些电池的比能量和能量密度，你可以增加电动汽车的行驶里程。”
研究人员现在正在寻找通过增加循环时间和通过更好的离子电导率减少充电时间来提高电池性能的方法。到目前为止，他们的努力已经使电池的性能/循环时间提高了两倍。
这项工作可以提高佐治亚州作为电动汽车创新中心的声誉。全球能源和石化公司 SK Innovation 正在资助电解质材料的额外研究，作为其与研究所持续合作的一部分，以制造比传统锂离子电池更安全、能量密度更高的下一代固态电池。SK Innovation 最近宣布在佐治亚州 Commerce 建设一座新的电动汽车电池工厂，预计到 2023 年，锂离子电池的年产量将达到 21.5 吉瓦时。
“全固态电池可以显着提高电动汽车的行驶里程和安全性。包括 SK Innovation 在内的快速发展的电池公司认为，全固态电池的商业化将成为电动汽车市场的游戏规则改变者。” SK Innovation下一代电池研究中心主任Kyounghwan Choi。“通过与 SK Innovation 和佐治亚理工学院的 Seung Woo Lee 教授合作进行的项目，人们对全固态电池的快速应用和商业化寄予厚望。”