Cao su được kỳ vọng sẽ thay thế các vật liệu truyền thống để trở thành vật liệu chủ chốt cho thế hệ pin thể rắn tiếp theo

Để xe điện (EV) trở thành xu hướng phổ biến, chúng cần những loại pin tiết kiệm chi phí, an toàn hơn và tuổi thọ cao hơn, không phát nổ hoặc gây hại cho môi trường trong quá trình sử dụng. Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Georgia có thể đã tìm ra một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho pin lithium-ion thông thường:cao su, tẩy.

Chất đàn hồi, hoặc cao su tổng hợp, được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm tiêu dùng và công nghệ tiên tiến như thiết bị điện tử đeo được và rô bốt mềm do các đặc tính cơ học vượt trội của chúng. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng khi vật liệu được tạo thành cấu trúc 3D, nó hoạt động như một siêu xa lộ để vận chuyển ion lithium nhanh chóng, với độ bền cơ học vượt trội cho phép pin sạc lâu hơn và đi xa hơn. Nghiên cứu được thực hiện với sự hợp tác của Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc và được công bố trên tạp chí Nature.

Trong pin lithium-ion thông thường, các ion được di chuyển bằng chất điện phân lỏng. Tuy nhiên, những loại pin như vậy vốn không ổn định: chỉ cần một hư hỏng nhỏ nhất cũng có thể bị rò rỉ thành chất điện phân, dẫn đến cháy nổ. Những lo ngại về an toàn đã buộc ngành công nghiệp phải tập trung vào pin thể rắn, có thể được sản xuất bằng vật liệu gốm vô cơ hoặc polyme hữu cơ.
"Hầu hết các ngành công nghiệp đều tập trung vào việc chế tạo chất điện phân rắn vô cơ. Nhưng chúng rất khó chế tạo, đắt tiền và không thân thiện với môi trường", Seung Woo Lee, phó giáo sư tại Trường Kỹ thuật Cơ khí George W. Woodruff, người thuộc nhóm nghiên cứu, cho biết. đã tìm ra một loại polyme hữu cơ dựa trên cao su vượt trội so với các vật liệu khác. Chất điện phân polyme rắn tiếp tục thu hút sự quan tâm lớn vì chi phí sản xuất thấp, không độc hại và đặc tính mềm. Tuy nhiên, chất điện phân polyme thông thường không có đủ độ dẫn ion và độ ổn định cơ học để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy của pin trạng thái rắn.
Thiết kế 3d mới lạ mang đến một bước nhảy vọt về mật độ năng lượng và hiệu suất
Các kỹ sư Georgia Tech đã sử dụngcao su, tẩychất điện phân để giải quyết các vấn đề thông thường (vận chuyển ion liti chậm và tính chất cơ học kém). Bước đột phá quan trọng là cho phép vật liệu hình thành các pha tinh thể nhựa liên kết ba chiều (3D) trong một ma trận cao su chắc chắn. Cấu trúc độc đáo này mang lại độ dẫn ion cao, tính chất cơ học tuyệt vời và độ ổn định điện hóa.
Chất điện phân cao su có thể được thực hiện ở nhiệt độ thấp bằng cách sử dụng một quá trình trùng hợp đơn giản tạo ra một bề mặt phẳng và chắc chắn trên bề mặt điện cực. Các đặc tính độc đáo này của chất điện phân cao su ngăn chặn sự phát triển của các đuôi gai lithium và cho phép các ion di chuyển nhanh hơn, cho phép pin trạng thái rắn hoạt động đáng tin cậy ngay cả ở nhiệt độ phòng.
Cao su, tẩy, được sử dụng ở mọi nơi vì tính chất cơ học cao, sẽ cho phép chúng tôi sản xuất pin rẻ hơn, đáng tin cậy hơn và an toàn hơn. Độ dẫn ion cao hơn có nghĩa là bạn có thể di chuyển nhiều ion hơn cùng lúc, và bằng cách tăng mật độ năng lượng và năng lượng cụ thể của các loại pin này, bạn có thể tăng phạm vi hoạt động của xe điện.

Các nhà nghiên cứu hiện đang nghiên cứu các cách để cải thiện hiệu suất của pin, tăng thời gian chu kỳ của nó và giảm thời gian sạc thông qua độ dẫn ion tốt hơn. Cho đến nay, những nỗ lực của họ đã dẫn đến hai cải tiến về hiệu suất / thời gian chu kỳ của pin.

Công việc này có thể nâng cao danh tiếng của Georgia như một trung tâm đổi mới cho xe điện. SK Innovation, một công ty năng lượng và hóa dầu toàn cầu, đang tài trợ cho nghiên cứu bổ sung về vật liệu điện phân trong khuôn khổ hợp tác liên tục với Viện để chế tạo pin thể rắn thế hệ tiếp theo an toàn hơn và sử dụng nhiều năng lượng hơn so với pin lithium-ion truyền thống. SK Innovation gần đây đã công bố việc xây dựng một nhà máy sản xuất pin xe điện mới tại Commerce, Georgia, dự kiến ​​sản xuất 21,5 gigawatt giờ pin lithium-ion mỗi năm vào năm 2023.
Pin thể rắn hoàn toàn có thể cải thiện đáng kể quãng đường đi được và độ an toàn của xe điện. Các công ty pin đang phát triển nhanh chóng, bao gồm SK Innovation, coi việc thương mại hóa pin thể rắn hoàn toàn là một yếu tố thay đổi cuộc chơi cho thị trường phát triển. Kyounghwan Choi, Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Pin Thế hệ Tiếp theo của SK Innovation, cho biết: "Có nhiều hy vọng về việc ứng dụng và thương mại hóa pin hoàn toàn thể rắn một cách nhanh chóng thông qua dự án đang thực hiện với sự hợp tác của SK Innovation và Giáo sư Seung Woo Lee từ Viện Georgia thuộc về Công nghệ."