佐治亚理工学院利用橡胶材料制造固态电解质 使电池更持久、更安全

据外媒报道，为了使电动汽车成为主流产品，需要更具成本效益、更安全、寿命更长的电池，而且在使用过程中不会爆炸或危害环境。美国佐治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）的研究人员或已发现一种取代传统锂离子电池的方法。这种电池采用一种常见的材料——橡胶。

（图片来源：佐治亚理工学院）

弹性体（或合成橡胶）具有优异的机械性能，广泛应用于可穿戴电子产品和软机器人等消费产品和先进技术。研究人员发现，利用这种材料制成的3D结构，就像一条高速公路，能以优异的机械韧性快速运输锂离子，从而延长充电电池的使用时间。

在传统锂离子电池中，离子通过液体电解质移动。但是，这种电池具有不稳定性，即使是轻微的泄漏，也容易发生爆炸或火灾。考虑到安全问题，电池行业开始转向固态电池。固态聚合物电解质因制造成本低、无毒、柔软等优点受到关注。然而，传统聚合物电解质的离子导电性和机械稳定性差，无法保证固态电池可靠运行。

佐治亚理工学院乔治·W·伍德拉夫机械工程学院（George W. Woodruff School of Mechanical Engineering）的研究人员Seung Woo Lee表示：“大多数行业都专注于制造无机固态电解质。但是，这种电解质难以制造，价格昂贵，而且不环保。”Lee所在的研究团队发现了一种橡胶基有机聚合物，其性能优于其他材料。

新颖的3D设计带来能量密度和性能的飞跃

佐治亚理工学院的研究人员利用这种橡胶电解质解决了常见问题，如锂离子传输速度慢、机械性能差。关键突破点在于，这种材料可以在坚固的橡胶基体中形成三维（3D）互连塑料晶体相。这种独特的结构，使其具有高离子导电性、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通过简单的聚合工艺制成，在电极表面形成坚固而光滑的界面。这些特性可防止锂枝晶生长，支持离子更快地移动，使固态电池在室温下也能可靠运行。Lee表示：“橡胶具有很高的机械性能，已经得到广泛应用。这将有助于制造出成本更低、更可靠、更安全的电池。”

研究人员正在寻找提高电池性能的方法，通过更好的离子导电性，延长循环时间和缩短充电时间。目前已将电池的性能/循环时间提高了两倍。研究人员Michael Lee表示：“更高的离子电导率，意味着可以同时移动更多的离子。通过提高电池的比能量和能量密度，可以提高电动汽车的续航里程。”

这项工作可能会提高佐治亚州作为电动汽车创新中心的声誉。作为与该院合作的一部分，全球能源石化企业SK Innovation正在资助深入研究这种电解质材料，以开发比传统锂离子电池更安全、能量密度更高的新一代固态电池。SK Innovation最近宣布，将在美国佐治亚Commerce市建设一座新的电动汽车电池工厂，预计到2023年锂离子电池年产量将达到21.5吉瓦时。

SK Innovation下一代电池研究中心负责人任Kyounghwan Choi表示：“全固态电池可以大幅提升电动汽车的续航里程和安全性。包括SK Innovation在内的快速成长型电池公司相信，全固态电池实现商业化，将改变电动汽车市场的游戏规则。”