佐治亚理工学院与韩国科学技术院合作开发具有高离子电导率的橡胶聚合物电解质

弹性体或合成橡胶因具有优越的机械性能而被广泛应用于消费品和先进可穿戴电子设备和柔性机器人。研究人员发现，当这种材料被制成三维(3D)结构时，它就像高速公路一样，可以快速传输锂离子，且具有超强的机械韧性，从而使电池充电时间更长，行驶里程更长。佐治亚理工学院与韩国科学技术院(KAIST)合作进行的这项研究成果于2022年1月3日发表于《Nature》杂志。

在传统的锂离子电池中，离子是通过液体电解质传输的。由于电池本身不稳定，即使是最轻微的损坏也会造成电解液渗漏，导致爆炸或火灾。安全隐患迫使电池行业转向固态电池，这种电池可以采用无机陶瓷材料或有机聚合物制成。

佐治亚伍德拉夫机械工程学院的副教授Seung Woo Lee表示，大多数企业关注无机固态电解质，但它们很难制造，价格很高，且不环保。他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。固态聚合物电解质因其生产成本低、无毒、柔软等特性持续受到人们的关注。然而，传统的聚合物电解质离子电导性和机械稳定性差，固态电池无法可靠运行。创新的3D设计带来能量密度和性能大幅度提升，佐治亚理工学院的工程师们利用橡胶电解质解决了常见的问题(锂离子传输速率低和机械性能差)。

突破的关键是在坚固的橡胶基体内形成3D相互连接的塑料晶体。这种独特的结构具有高离子电导率、优越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过程制成，在电极表面形成坚固而光滑的界面。橡胶电解质的这些特性阻止了锂枝晶生长，离子传输更快，即使在室温下固态电池也能可靠运行。研究人员现在正在寻找提高循环寿命来提高电池性能的方法，通过更好的离子导电性来减少充电时间。到目前为止，经过努力，电池的性能/循环寿命提高了两倍。