انتظار می رود لاستیک جایگزین مواد سنتی شود تا به ماده کلیدی نسل بعدی باتری های حالت جامد تبدیل شود

برای اینکه وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) به جریان اصلی تبدیل شوند، به باتری های مقرون به صرفه، ایمن و با دوام بیشتری نیاز دارند که در حین استفاده منفجر نشوند و به محیط زیست آسیب نرسانند. محققان موسسه فناوری جورجیا ممکن است جایگزین امیدوارکننده ای برای باتری های لیتیوم یون معمولی پیدا کرده باشند:لاستیک.

الاستومرها یا لاستیک مصنوعی به طور گسترده در محصولات مصرفی و فناوری های پیشرفته مانند لوازم الکترونیکی پوشیدنی و روبات های نرم به دلیل خواص مکانیکی برتر استفاده می شوند. محققان دریافتند که وقتی این ماده به صورت یک ساختار سه بعدی فرموله می‌شود، به عنوان یک بزرگراه برای انتقال سریع یون لیتیوم عمل می‌کند، با چقرمگی مکانیکی برتر که به باتری‌ها امکان شارژ طولانی‌تر و دورتر رفتن را می‌دهد. این تحقیق با همکاری موسسه علوم و فناوری پیشرفته کره انجام شده و در مجله Nature منتشر شده است.

در باتری های لیتیوم یونی معمولی، یون ها توسط یک الکترولیت مایع حرکت می کنند. با این حال، چنین باتری هایی ذاتاً ناپایدار هستند: حتی کوچکترین آسیب می تواند به الکترولیت ها نشت کند و منجر به انفجار یا آتش سوزی شود. نگرانی‌های ایمنی صنعت را مجبور کرده است تا بر باتری‌های حالت جامد تمرکز کند، باتری‌هایی که می‌توانند با استفاده از مواد سرامیکی معدنی یا پلیمرهای آلی ساخته شوند.
سئونگ وو لی، دانشیار دانشکده مهندسی مکانیک جورج دبلیو وودراف که بخشی از یک تیم تحقیقاتی بود، می‌گوید: "بیشتر صنایع بر ساخت الکترولیت‌های جامد معدنی متمرکز هستند. اما ساخت آنها سخت، گران و سازگار با محیط زیست نیستند." که یک پلیمر آلی مبتنی بر لاستیک را برتر از سایر مواد یافت. الکترولیت های پلیمری جامد به دلیل هزینه ساخت پایین، خواص غیر سمی و نرم، همچنان مورد توجه زیادی قرار می گیرند. با این حال، الکترولیت های پلیمری معمولی رسانایی یونی و پایداری مکانیکی کافی برای اطمینان از عملکرد قابل اعتماد باتری های حالت جامد ندارند.
طراحی جدید سه بعدی جهشی در چگالی انرژی و عملکرد به ارمغان می آورد
مهندسین گرجستان تک استفاده کردندلاستیکالکترولیت ها برای حل مشکلات رایج (انتقال آهسته یون لیتیوم و خواص مکانیکی ضعیف). پیشرفت کلیدی این بود که به مواد اجازه داد تا فازهای کریستالی پلاستیکی سه بعدی (سه بعدی) را در یک ماتریس لاستیکی ناهموار تشکیل دهند. این ساختار منحصر به فرد رسانایی یونی بالا، خواص مکانیکی عالی و پایداری الکتروشیمیایی را به ارمغان می آورد.
الکترولیت لاستیکی را می توان در دماهای پایین با استفاده از یک فرآیند پلیمریزاسیون ساده ساخت که یک رابط سفت و صاف روی سطح الکترود ایجاد می کند. این ویژگی‌های منحصر به فرد الکترولیت لاستیکی از رشد دندریت‌های لیتیوم جلوگیری می‌کند و امکان حرکت سریع‌تر یون‌ها را فراهم می‌کند و باتری‌های حالت جامد را قادر می‌سازد حتی در دمای اتاق به طور قابل اعتماد کار کنند.
لاستیککه در همه جا به دلیل خواص مکانیکی بالا استفاده می شود، ما را قادر می سازد باتری های ارزان تر، قابل اطمینان تر و ایمن تر بسازیم. رسانایی یونی بالاتر به این معنی است که می توانید همزمان یون های بیشتری را جابجا کنید و با افزایش انرژی ویژه و چگالی انرژی این باتری ها می توانید برد خودروی الکتریکی را افزایش دهید.

محققان اکنون در حال کار بر روی روش هایی برای بهبود عملکرد باتری، افزایش زمان چرخه آن و کاهش زمان شارژ از طریق هدایت یونی بهتر هستند. تاکنون، تلاش‌های آنها منجر به دو بهبود در عملکرد باتری/زمان چرخه شده است.

این کار می تواند شهرت گرجستان را به عنوان یک مرکز نوآوری برای وسایل نقلیه الکتریکی افزایش دهد. SK Innovation، یک شرکت انرژی و پتروشیمی جهانی، به عنوان بخشی از همکاری مداوم خود با موسسه برای ساختن نسل بعدی باتری‌های حالت جامد که ایمن‌تر و انرژی‌برتر از باتری‌های لیتیوم یون سنتی هستند، تحقیقات بیشتری را در مورد مواد الکترولیت تامین می‌کند. SK Innovation اخیراً از ساخت یک کارخانه جدید باتری خودروهای الکتریکی در Commerce، جورجیا خبر داده است که انتظار می رود تا سال 2023 سالانه 21.5 گیگاوات ساعت باتری لیتیوم یونی تولید کند.
باتری های تمام حالت جامد می توانند مسافت پیموده شده و ایمنی خودروهای الکتریکی را تا حد زیادی بهبود بخشند. شرکت‌های باتری‌ساز که به سرعت در حال رشد هستند، از جمله SK Innovation، تجاری‌سازی باتری‌های تمام حالت جامد را به‌عنوان تغییردهنده بازی برای بازار خودروها می‌بینند. Kyounghwan Choi، مدیر مرکز تحقیقات باتری نسل بعدی SK Innovation، گفت: "امیدهای زیادی برای کاربرد سریع و تجاری سازی باتری های تمام حالت جامد از طریق پروژه در حال انجام با همکاری SK Innovation و پروفسور Seung Woo Lee از موسسه جورجیا وجود دارد. فناوری."