Резеңке қатты күйдегі батареялардың келесі буынының негізгі материалы болу үшін дәстүрлі материалдарды алмастырады деп күтілуде

Электрлік көліктердің (EV) негізгі ағымға өтуі үшін оларға пайдалану кезінде жарылып кетпейтін және қоршаған ортаға зиян келтірмейтін үнемді, қауіпсіз және ұзақ қызмет ететін батареялар қажет. Джорджия технологиялық институтының зерттеушілері кәдімгі литий-иондық батареяларға перспективалы балама тапты:резеңке.

Эластомерлер немесе синтетикалық каучук, жоғары механикалық қасиеттеріне байланысты тұтынушылық өнімдерде және киюге болатын электроника және жұмсақ роботтар сияқты озық технологияларда кеңінен қолданылады. Зерттеушілер материалды 3D құрылымына айналдырғанда, ол батареяларды ұзағырақ зарядтауға және алысырақ жүруге мүмкіндік беретін жоғары механикалық беріктігі бар литий иондарын жылдам тасымалдау үшін супер магистраль ретінде әрекет ететінін анықтады. Зерттеу Кореяның ғылым және технологияның озық институтымен бірлесіп жүргізілді және Nature журналында жарияланған.

Кәдімгі литий-ионды аккумуляторда иондар сұйық электролит арқылы қозғалады. Дегенмен, мұндай батареялар табиғи түрде тұрақсыз: тіпті ең аз зақымдану электролиттерге ағып, жарылыс немесе өртке әкелуі мүмкін. Қауіпсіздік мәселелері өнеркәсіпті бейорганикалық керамикалық материалдар немесе органикалық полимерлер арқылы жасауға болатын қатты күйдегі батареяларға назар аударуға мәжбүр етті.
"Өнеркәсіптің көпшілігі бейорганикалық қатты электролиттерді құруға бағытталған. Бірақ оларды жасау қиын, қымбат және экологиялық таза емес", - дейді зерттеу тобының бөлігі болған Джордж Вудрафф машина жасау мектебінің доценті Сын Ву Ли. басқа материалдардан жоғары резеңке негізіндегі органикалық полимерді тапты. Қатты полимерлі электролиттер өндірістің төмен құны, улы емес және жұмсақ қасиеттеріне байланысты үлкен қызығушылықты тудырады. Дегенмен, кәдімгі полимерлі электролиттер қатты күйдегі батареялардың сенімді жұмысын қамтамасыз ету үшін жеткілікті иондық өткізгіштік пен механикалық тұрақтылыққа ие емес.
Жаңа 3D дизайны энергияның тығыздығы мен өнімділігінде секіріс әкеледі
Джорджия Tech инженерлері пайдаландырезеңкежалпы мәселелерді шешу үшін электролиттер (литий иондарының баяу тасымалдануы және нашар механикалық қасиеттер). Негізгі жетістік материалдарға берік резеңке матрицада үш өлшемді (3D) өзара байланысты пластикалық кристалды фазаларды құруға мүмкіндік беру болды. Бұл бірегей құрылым жоғары иондық өткізгіштікке, тамаша механикалық қасиеттерге және электрохимиялық тұрақтылыққа әкеледі.
Резеңке электролит электрод бетінде қатты және тегіс интерфейсті жасайтын қарапайым полимерлеу процесін пайдаланып төмен температурада жасалуы мүмкін. Резеңке электролиттің бұл бірегей қасиеттері литий дендриттерінің өсуіне жол бермейді және иондардың жылдамырақ қозғалуына мүмкіндік береді, қатты күйдегі батареялардың бөлме температурасында да сенімді жұмыс істеуіне мүмкіндік береді.
Резеңке, жоғары механикалық қасиеттері үшін барлық жерде қолданылады, бізге арзанырақ, сенімдірек және қауіпсіз батареяларды жасауға мүмкіндік береді. Жоғары ион өткізгіштік бір уақытта көбірек иондарды жылжытуға болатындығын білдіреді және осы батареялардың меншікті энергиясы мен энергия тығыздығын арттыру арқылы электр көлігінің ауқымын арттыруға болады.

Зерттеушілер қазір батареяның жұмысын жақсарту, оның цикл уақытын арттыру және жақсы иондық өткізгіштік арқылы зарядтау уақытын қысқарту жолдарымен жұмыс істеуде. Осы уақытқа дейін олардың күш-жігері батарея өнімділігін/цикл уақытын екі жақсартуға әкелді.

Бұл жұмыс Грузияның электр көліктері үшін инновациялық хаб ретіндегі беделін арттыруы мүмкін. SK Innovation, жаһандық энергетика және мұнай-химия компаниясы дәстүрлі литий-иондық аккумуляторларға қарағанда қауіпсіз және энергияны көп қажет ететін келесі буындағы қатты күйдегі батареяларды жасау үшін Институтпен үздіксіз ынтымақтастығы аясында электролиттік материалдарға қосымша зерттеулерді қаржыландырады. Жақында SK Innovation Джорджия штатының Коммерс қаласында 2023 жылға қарай жылына 21,5 гигаватт сағат литий-ионды аккумуляторлар шығарады деп күтілуде жаңа электромобиль аккумулятор зауытының құрылысын жариялады.
Толық қатты күйдегі батареялар электр көліктерінің жүгірісі мен қауіпсіздігін айтарлықтай жақсарта алады. Жылдам дамып келе жатқан аккумуляторлық компаниялар, соның ішінде SK Innovation, қатты күйдегі батареяларды коммерцияландыруды электр нарығы үшін ойын өзгерткіш ретінде қарастырады. Kyounghwan Choi, SK Innovation's Next Generation Батареяларды зерттеу орталығының директоры: «SK Innovation және Джорджия институтының профессоры Сеун Ву Лимен бірлесіп жүзеге асырылып жатқан жоба арқылы толық қатты күйдегі аккумуляторларды жылдам қолдану мен коммерцияландыруға үлкен үміт бар. технологиясы».