Karet diharapkan dapat menggantikan bahan tradisional untuk menjadi bahan utama baterai solid-state generasi berikutnya

Agar kendaraan listrik (EV) menjadi arus utama, mereka membutuhkan baterai yang hemat biaya, lebih aman, dan tahan lama yang tidak meledak atau merusak lingkungan saat digunakan. Para peneliti di Georgia Institute of Technology mungkin telah menemukan alternatif yang menjanjikan untuk baterai lithium-ion konvensional:karet.

Elastomer, atau karet sintetis, banyak digunakan dalam produk konsumen dan teknologi canggih seperti elektronik yang dapat dipakai dan robot lunak karena sifat mekaniknya yang unggul. Para peneliti menemukan bahwa ketika bahan tersebut diformulasikan ke dalam struktur 3D, ia bertindak sebagai jalan raya super untuk pengangkutan ion lithium yang cepat, dengan ketangguhan mekanis yang unggul yang memungkinkan baterai mengisi daya lebih lama dan melaju lebih jauh. Penelitian ini dilakukan bekerja sama dengan Korea Advanced Institute of Science and Technology dan dipublikasikan di jurnal Nature.

Dalam baterai lithium-ion konvensional, ion-ion dipindahkan oleh elektrolit cair. Namun, baterai tersebut secara inheren tidak stabil: bahkan kerusakan sekecil apa pun dapat bocor ke elektrolit, yang menyebabkan ledakan atau kebakaran. Masalah keamanan telah memaksa industri untuk fokus pada baterai solid-state, yang dapat dibuat menggunakan bahan keramik anorganik atau polimer organik.
“Sebagian besar industri berfokus pada pembangunan elektrolit padat anorganik. Tetapi mereka sulit dibuat, mahal dan tidak ramah lingkungan,” kata Seung Woo Lee, associate professor di George W. Woodruff School of Mechanical Engineering yang merupakan bagian dari tim peneliti. yang menemukan polimer organik berbasis karet lebih unggul dari bahan lain. Elektrolit polimer padat terus menarik minat besar karena biaya produksinya yang rendah, tidak beracun, dan sifatnya lunak. Namun, elektrolit polimer konvensional tidak memiliki konduktivitas ionik dan stabilitas mekanis yang cukup untuk memastikan pengoperasian baterai solid state yang andal.
Desain 3d baru menghadirkan lompatan dalam kepadatan dan kinerja energi
Insinyur Georgia Tech digunakankaretelektrolit untuk memecahkan masalah umum (transportasi ion lithium lambat dan sifat mekanik yang buruk). Terobosan kuncinya adalah memungkinkan material untuk membentuk fase kristal plastik tiga dimensi (3D) yang saling berhubungan dalam matriks karet yang kokoh. Struktur unik ini menghadirkan konduktivitas ionik yang tinggi, sifat mekanik yang sangat baik, dan stabilitas elektrokimia.
Elektrolit karet dapat dibuat pada suhu rendah menggunakan proses polimerisasi sederhana yang menghasilkan antarmuka yang tegas dan halus pada permukaan elektroda. Sifat unik dari elektrolit karet ini mencegah pertumbuhan dendrit lithium dan memungkinkan pergerakan ion yang lebih cepat, memungkinkan baterai solid state beroperasi dengan andal bahkan pada suhu kamar.
Karet, digunakan di mana-mana karena sifat mekaniknya yang tinggi, akan memungkinkan kami membuat baterai yang lebih murah, lebih andal, dan lebih aman. Konduktivitas ion yang lebih tinggi berarti Anda dapat memindahkan lebih banyak ion secara bersamaan, dan dengan meningkatkan energi spesifik dan kepadatan energi baterai ini, Anda dapat meningkatkan jangkauan kendaraan listrik.

Para peneliti sekarang sedang mencari cara untuk meningkatkan kinerja baterai, meningkatkan waktu siklus dan mengurangi waktu pengisian melalui konduktivitas ionik yang lebih baik. Sejauh ini, upaya mereka telah menghasilkan dua peningkatan dalam kinerja baterai/waktu siklus.

Pekerjaan ini dapat meningkatkan reputasi Georgia sebagai pusat inovasi untuk kendaraan listrik. SK Innovation, perusahaan energi dan petrokimia global, mendanai penelitian tambahan tentang bahan elektrolit sebagai bagian dari kolaborasi berkelanjutannya dengan Institut untuk membangun baterai solid-state generasi berikutnya yang lebih aman dan lebih hemat energi daripada baterai lithium-ion tradisional. SK Innovation baru-baru ini mengumumkan pembangunan pabrik baterai kendaraan listrik baru di Commerce, Georgia, yang diharapkan menghasilkan 21,5 gigawatt jam baterai lithium-ion setahun pada tahun 2023.
Baterai all-solid-state dapat sangat meningkatkan jarak tempuh dan keamanan kendaraan listrik. Perusahaan baterai yang berkembang pesat, termasuk SK Innovation, melihat komersialisasi baterai solid-state sebagai pengubah permainan untuk pasar ev. Kyounghwan Choi, direktur Pusat Penelitian Baterai Generasi Berikutnya SK Innovation, mengatakan: "Ada harapan besar untuk aplikasi cepat dan komersialisasi baterai solid-state melalui proyek yang sedang berlangsung bekerja sama dengan SK Innovation dan Profesor Seung Woo Lee dari Institut Georgia. Teknologi."