Eeldatakse, et kumm asendab traditsioonilised materjalid, et saada järgmise põlvkonna tahkispatareide võtmematerjaliks

Elektrisõidukite levikuks on vaja kuluefektiivseid, ohutumaid ja kauakestvaid akusid, mis ei plahvata ega kahjusta keskkonda kasutamise ajal. Georgia Tehnoloogiainstituudi teadlased võisid leida paljutõotava alternatiivi tavalistele liitiumioonakudele:kumm.

Elastomeerid ehk sünteetilist kummi kasutatakse nende suurepäraste mehaaniliste omaduste tõttu laialdaselt tarbekaupades ja kõrgtehnoloogiates, nagu kantav elektroonika ja pehmed robotid. Teadlased leidsid, et kui materjal on vormitud 3D-struktuuriks, toimib see liitiumioonide kiire transpordi supermaana, millel on suurepärane mehaaniline vastupidavus, mis võimaldab akudel kauem laadida ja kaugemale jõuda. Uuring viidi läbi koostöös Korea teaduse ja tehnoloogia arenenud instituudiga ning see avaldatakse ajakirjas Nature.

Tavalises liitiumioonakus liigutab ioone vedel elektrolüüt. Sellised akud on aga oma olemuselt ebastabiilsed: isegi väikseim kahjustus võib lekkida elektrolüütidesse, põhjustades plahvatuse või tulekahju. Ohutusprobleemid on sundinud tööstust keskenduma tahkispatareidele, mida saab valmistada anorgaanilistest keraamilistest materjalidest või orgaanilistest polümeeridest.
"Enamik tööstusharusid on keskendunud anorgaaniliste tahkete elektrolüütide ehitamisele. Kuid neid on raske valmistada, need on kallid ja ei ole keskkonnasõbralikud, "ütleb Seung Woo Lee, George W. Woodruffi masinaehituskooli dotsent, kes kuulus uurimisrühma. mis leidis, et kummil põhinev orgaaniline polümeer on teistest materjalidest parem. Tahked polümeerelektrolüüdid äratavad jätkuvalt suurt huvi nende madalate tootmiskulude, mittetoksiliste ja pehmete omaduste tõttu. Tavalistel polümeerelektrolüütidel ei ole aga piisavat ioonjuhtivust ja mehaanilist stabiilsust, et tagada tahkisakude töökindel töö.
Uudne 3D-kujundus toob hüppe energiatiheduses ja jõudluses
Georgia Techi insenerid kasutasidkummelektrolüüdid levinud probleemide lahendamiseks (liitiumioonide aeglane transport ja halvad mehaanilised omadused). Peamine läbimurre oli võimaldada materjalidel moodustada vastupidavas kummimaatriksis kolmemõõtmelisi (3D) omavahel ühendatud plastilisi kristallifaase. See ainulaadne struktuur tagab kõrge ioonjuhtivuse, suurepärased mehaanilised omadused ja elektrokeemilise stabiilsuse.
Kummist elektrolüüti saab valmistada madalal temperatuuril, kasutades lihtsat polümerisatsiooniprotsessi, mis loob elektroodi pinnale kindla ja sileda liidese. Need kummielektrolüüdi ainulaadsed omadused takistavad liitiumdendriitide kasvu ja võimaldavad ioonidel kiiremat liikumist, võimaldades tahkisakudel usaldusväärselt töötada ka toatemperatuuril.
Kumm, mida kasutatakse kõikjal selle kõrgete mehaaniliste omaduste tõttu, võimaldab meil valmistada odavamaid, töökindlamaid ja ohutumaid akusid. Suurem ioonijuhtivus tähendab, et saate korraga liigutada rohkem ioone ning suurendades nende akude erienergiat ja energiatihedust, saate suurendada elektrisõiduki sõiduulatust.

Teadlased otsivad nüüd võimalusi aku jõudluse parandamiseks, suurendades selle tsükliaega ja vähendades laadimisaega parema ioonjuhtivuse kaudu. Seni on nende jõupingutused toonud kaasa kaks aku jõudluse / tsükliaja paranemist.

See töö võib suurendada Gruusia mainet elektrisõidukite innovatsioonikeskusena. Ülemaailmne energia- ja naftakeemiaettevõte SK Innovation rahastab täiendavaid elektrolüütide materjalide uuringuid osana oma jätkuvast koostööst instituudiga, et ehitada järgmise põlvkonna tahkisakusid, mis on ohutumad ja energiamahukamad kui traditsioonilised liitiumioonakud. SK Innovation teatas hiljuti Gruusias Commerce'is uue elektrisõidukite akude tehase ehitamisest, mis peaks 2023. aastaks tootma 21,5 gigavatt-tundi liitiumioonakusid aastas.
Tahkisakud võivad oluliselt parandada elektrisõidukite läbisõitu ja ohutust. Kiiresti kasvavad akufirmad, sealhulgas SK Innovation, näevad tahkispatareide kommertsialiseerimist ev-turu mängu muutjana. SK Innovationi järgmise põlvkonna akude uurimiskeskuse direktor Kyounghwan Choi ütles: "Käimasoleva projekti kaudu koostöös SK Innovationi ja Georgia Instituudi professori Seung Woo Leega on tahkisakude kiirele rakendamisele ja turustamisele suured lootused. tehnoloogiast."