Kauçuğun, yeni nesil katı hal pillerin ana malzemesi olması için geleneksel malzemelerin yerini alması bekleniyor.

Elektrikli araçların (EV'lerin) ana akım haline gelmesi için, kullanım sırasında patlamayan veya çevreye zarar vermeyen uygun maliyetli, daha güvenli ve daha uzun ömürlü pillere ihtiyaçları var. Georgia Institute of Technology'deki araştırmacılar, geleneksel lityum iyon pillere umut verici bir alternatif bulmuş olabilir:lastik.

Elastomerler veya sentetik kauçuk, üstün mekanik özelliklerinden dolayı tüketici ürünlerinde ve giyilebilir elektronikler ve yumuşak robotlar gibi ileri teknolojilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Araştırmacılar, malzemenin 3 boyutlu bir yapıya formüle edildiğinde, pillerin daha uzun süre şarj olmasını ve daha uzağa gitmesini sağlayan üstün mekanik dayanıklılık ile hızlı lityum iyon aktarımı için bir süper otoyol görevi gördüğünü buldu. Araştırma, Kore İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü ile işbirliği içinde gerçekleştirildi ve Nature dergisinde yayınlandı.

Geleneksel bir lityum iyon pilde, iyonlar bir sıvı elektrolit tarafından hareket ettirilir. Bununla birlikte, bu tür piller doğası gereği kararsızdır: en ufak bir hasar bile elektrolitlere sızarak patlamaya veya yangına neden olabilir. Güvenlik endişeleri, endüstriyi inorganik seramik malzemeler veya organik polimerler kullanılarak yapılabilecek katı hal pillere odaklanmaya zorladı.
Bir araştırma ekibinin parçası olan George W. Woodruff Makine Mühendisliği Okulu'nda doçent olan Seung Woo Lee, "Çoğu endüstri inorganik katı elektrolitler oluşturmaya odaklanmıştır. Ancak bunları yapmak zordur, pahalıdır ve çevre dostu değildir" diyor. diğer malzemelerden daha üstün bir kauçuk bazlı organik polimer bulmuştur. Katı polimer elektrolitler, düşük üretim maliyetleri, toksik olmayan ve yumuşak özellikleri nedeniyle büyük ilgi görmeye devam ediyor. Bununla birlikte, geleneksel polimer elektrolitler, katı hal pillerin güvenilir şekilde çalışmasını sağlamak için yeterli iyonik iletkenliğe ve mekanik stabiliteye sahip değildir.
Yeni 3 boyutlu tasarım, enerji yoğunluğu ve performansında bir sıçrama getiriyor
Georgia Tech mühendisleri kullanıldılastikyaygın sorunları çözmek için elektrolitler (yavaş lityum iyon taşıma ve zayıf mekanik özellikler). Anahtar atılım, malzemelerin sağlam bir kauçuk matriste üç boyutlu (3B) birbirine bağlı plastik kristal fazlar oluşturmasına izin vermekti. Bu benzersiz yapı, yüksek iyonik iletkenlik, mükemmel mekanik özellikler ve elektrokimyasal kararlılık sağlar.
Kauçuk elektrolit, elektrot yüzeyinde sağlam ve pürüzsüz bir arayüz oluşturan basit bir polimerizasyon işlemi kullanılarak düşük sıcaklıklarda yapılabilir. Kauçuk elektrolitin bu benzersiz özellikleri, lityum dendritlerin büyümesini engeller ve iyonların daha hızlı hareket etmesine izin vererek katı hal pillerin oda sıcaklığında bile güvenilir şekilde çalışmasını sağlar.
Lastikyüksek mekanik özellikleri nedeniyle her yerde kullanılan , daha ucuz, daha güvenilir ve daha güvenli piller yapmamızı sağlayacaktır. Daha yüksek iyon iletkenliği, aynı anda daha fazla iyonu hareket ettirebileceğiniz anlamına gelir ve bu pillerin özgül enerjisini ve enerji yoğunluğunu artırarak elektrikli aracın menzilini artırabilirsiniz.

x

Bu çalışma, Georgia'nın elektrikli araçlar için bir inovasyon merkezi olarak itibarını artırabilir. Küresel bir enerji ve petrokimya şirketi olan SK Innovation, geleneksel lityum iyon pillerden daha güvenli ve daha enerji yoğun yeni nesil katı hal pilleri oluşturmak için Enstitü ile devam eden işbirliğinin bir parçası olarak elektrolit malzemelerine yönelik ek araştırmaları finanse ediyor. SK Innovation geçtiğimiz günlerde Georgia, Commerce'de 2023 yılına kadar yılda 21,5 gigawatt saat lityum iyon pil üretmesi beklenen yeni bir elektrikli araç pil fabrikasının inşasını duyurdu.
Tamamen katı hal piller, elektrikli araçların kilometre performansını ve güvenliğini büyük ölçüde artırabilir. SK Innovation dahil olmak üzere hızla büyüyen pil şirketleri, tamamen katı hal pillerinin ticarileştirilmesini ev pazarı için bir oyun değiştirici olarak görüyor. SK Innovation'ın Yeni Nesil Batarya Araştırma Merkezi direktörü Kyounghwan Choi şunları söyledi: "SK Innovation ve Georgia Enstitüsü'nden Profesör Seung Woo Lee ile işbirliği içinde devam eden proje aracılığıyla tamamen katı hal pillerin hızlı bir şekilde uygulanması ve ticarileştirilmesi için büyük umutlar var. Teknolojinin."