橡胶材料是电动汽车电池更持久、更安全的关键

为了使电动汽车成为主流，它们需要具有成本效益、更安全、更持久的电池，这些电池在使用过程中不会爆炸，也不会危害环境。佐治亚理工学院的研究人员可能已经发现了一种很有前途的替代品，可以替代由一种常见材料制成的传统锂离子电池:橡胶。

弹性体，或合成橡胶，由于其优越的机械性能，被广泛应用于消费品和先进技术，如可穿戴电子产品和软机器人。研究人员发现，当这种材料被配制成3D结构时，它就像一条高速公路，可以快速传输具有优异机械韧性的锂离子，从而使充电时间更长，行驶距离更远。

在传统的锂离子电池中，离子通过液体电解质移动。然而，这种电池本身就不稳定:即使是最轻微的损坏也会泄漏到电解质中，导致爆炸或火灾。安全问题迫使业界将目光转向固态电池，这种电池可以用无机陶瓷材料或有机聚合物制成。

“大多数行业都专注于制造无机固态电解质。乔治·w·伍德拉夫机械工程学院(George W. Woodruff School of Mechanical Engineering)的副教授李承宇(Seung Woo Lee)说，“但它们很难制造，价格昂贵，而且不环保。”李承宇所在的研究团队发现了一种优于其他材料的橡胶基有机聚合物。固体聚合物电解质因其制造成本低、无毒、性质柔软等优点而不断受到人们的关注。然而，传统的聚合物电解质缺乏足够的离子电导率和机械稳定性，无法保证固态电池的可靠运行。

新颖的三维设计，使能量密度、性能大幅提升

佐治亚理工学院的工程师们已经用橡胶电解质解决了常见的问题(锂离子传输缓慢和机械性能差)。关键的突破是允许材料在坚固的橡胶基体中形成三维(3D)相互连接的塑料晶体相。这种独特的结构导致了高离子电导率，优越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阻止了锂枝晶的生长，并允许离子更快地移动，即使在室温下也能实现固态电池的可靠运行。

他说:“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、更安全的电池。”

“更高的离子导电性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(Michael Lee)说。“通过提高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提高电池性能的方法，通过更好的离子导电性来增加电池的循环时间，减少充电时间。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。

这项工作可以提高格鲁吉亚作为电动汽车创新中心的声誉。全球能源和石化企业SK Innovation正在与研究所合作，为开发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，进一步资助电解质材料的研究。SK创新最近宣布建设一个新的电动汽车电池厂预计到2023年，锂离子电池的年产量将达到21.5千兆瓦时。

“全固态电池可以显著提高电动汽车的行驶里程和安全性。SK Innovation下一代电池研究中心主任崔庆焕表示:“包括SK Innovation在内的快速成长的电池企业认为，全固态电池的商用化将成为电动汽车市场的游戏规则改变者。”通过与SK Innovation和佐治亚理工学院(Georgia Tech)教授李承宇(Seung Woo Lee)正在进行的合作项目，对全固态电池的快速应用和商业化寄予了很高的期望。”

-编辑克里斯Vavra，网络内容经理，控制工程、CFE媒体与技术、cvavra@cfemedia.com。

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