电动汽车(EV)渐成主流，它们需要经济高效、更安全、寿命更长的电池，而且这些电池在使用过程中不会发生爆炸，也不会对环境造成危害。佐治亚理工学院的研究人员可能已经发现了一种很有希望替代传统锂离子电池的方法，这种电池由一种普通材料制成：橡胶。

人造橡胶，或合成橡胶，由于其优越的机械性能，被广泛应用于消费类产品和先进技术中，如可穿戴电子和柔性机器人。研究人员发现，当这种材料被制成3D结构时，它就像一条高速路，能够以优异的机械韧性快速传输锂离子，从而使电池充电时间更长，可以让车辆走得更远。这项研究是与韩国科学技术院合作进行的，并发表在了《Nature》杂志上。

在传统的锂离子电池中，离子由液体电解质移动。然而，电池本身是不稳定的，即使是最轻微的损坏也可能有物质泄漏到电解液中，导致爆炸或火灾。安全问题迫使业界关注固态电池，固态电池可以使用无机陶瓷材料或有机聚合物制造。

George W.Woodruff学院机械工程系副教授Seung-Woo Lee表示：“行业普遍都专注于制造无机固态电解质。但它们很难制造，价格昂贵，而且不环保。Seung-Woo Lee是研究团队的一员，该团队发现了一种优于其他材料的橡胶基有机聚合物。固态聚合物电解质因其低制造成本、无毒性和柔软性引起人们的极大兴趣。然而，传统的聚合物电解质并没有足够的离子导电性和机械稳定性来保证固态电池的可靠运行。

新型3D设计带来能量密度、性能的飞跃

佐治亚理工学院的工程师们已经用橡胶电解质解决了一些常见问题(如锂离子传输缓慢和机械性能差等)。这一关键突破允许该材料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。

这种橡胶电解液可以在低温条件下使用简单的聚合工艺制成，在电极表面生成坚固光滑的界面。橡胶电解液的这些独特特性防止了锂枝晶的生长，并允许更快的离子移动，使固态电池即使在室温下也能可靠运行。

“橡胶因其高机械性能而被广泛使用，它将使我们能够制造出廉价、更可靠、更安全的电池。”Lee说道。

“更高的离子导电率意味着可以同时移动更多的离子，”机械工程研究生Michael Lee表示，“通过增加这些电池的比能量和能量密度，可以增加电动汽车的行驶里程。”

研究人员正在寻找通过增加电池的循环使用时间和通过更好的离子导电性缩短充电时间来改善电池性能的方法。到目前为止，他们的努力使电池的性能/循环时间提高了两倍。

这项研究工作可以提高格鲁吉亚作为电动汽车创新中心的声誉。全球能源和石油化工公司SKInnovation正在资助电解质材料的额外研究，作为其与该研究所持续合作的一部分，以制造比传统锂离子电池更安全、能量密度更高的下一代固态电池。SK Innovation最近宣布在佐治亚州建造一座新的电动汽车电池工厂，预计到2023年，该工厂的锂离子电池年产量将达到215亿瓦时。

“所有的固态电池都可以显著提高电动汽车的行驶里程和安全性。包括SKInnovation在内的快速发展的电池公司相信，将所有固态电池商业化将成为电动汽车市场的一个游戏规则改变者，”SK创新公司下一代电池研究中心主任Kyonghwan Choi表示，“通过与SK Innovation和佐治亚理工学院的Seung-Woo Lee教授合作进行的项目，人们对全固态电池的快速应用和商业化抱有很高的期望。”