電気自動車（EV）が主流になるためには、費用対効果が高く、より安全で長持ちし、使用中に爆発したり環境に悪影響を及ぼすことのない電池が必要です。ジョージア工科大学の研究者たちは、従来のリチウムイオン電池に代わる有望な材料として、一般的な材料であるゴムを使用した電池を発見した可能性があります。
エラストマー（合成ゴム）は、その優れた機械的特性から、消費財やウェアラブルエレクトロニクス、ソフトロボティクスなどの先端技術に広く用いられています。研究者らは、この材料を3次元構造に配合すると、優れた機械的強度を持つリチウムイオン高速輸送のスーパーハイウェイとして機能し、その結果、より遠くまで行ける充電時間の長い電池が得られることを発見しました。 この研究は、韓国科学技術院（Korea Advanced Institute of Science and Technology）と共同で行ったもので、学術誌「The Journal 自然。
従来のリチウムイオン電池は、電解液によってイオンを移動させる。しかし、この電池はもともと不安定で、わずかな損傷でも電解液に漏れ出し、爆発や発火につながる。この安全性の問題から、無機セラミック材料や有機ポリマーを用いた固体電池が注目されるようになった。
「業界のほとんどは、無機固体電解質の構築に注力しています。と、ジョージ・W・ウッドラフ機械工学科のスン・ウー・リー准教授は語る。彼は、他の材料よりも優れたゴムベースの有機ポリマーを発見した研究チームの一員である。固体高分子電解質は、製造コストが低く、毒性がなく、柔らかいという理由で、大きな関心を集め続けている。 しかし、従来の高分子電解質は、固体電池を確実に動作させるための十分なイオン伝導度と機械的安定性を有していない。
新しい3次元設計により、エネルギー密度と性能が飛躍的に向上
ジョージア工科大学のエンジニアは、ゴム電解質を用いて一般的な問題（リチウムイオン輸送の遅さと機械的特性の低さ）を解決しました。 重要なブレークスルーは、堅牢なゴムマトリックス内に、3次元的に連結したプラスチック結晶相を形成させたことです。このユニークな構造により、高いイオン伝導性、優れた機械的特性、電気化学的安定性がもたらされました。
このゴム電解質は、低温で簡単な重合プロセスを用いて作ることができ、電極の表面に強固で滑らかな界面を形成することができます。このゴム電解質のユニークな特性により、リチウムデンドライトの成長が抑制され、イオンの移動速度が速くなるため、室温でも固体電池を確実に動作させることが可能になる。
「機械工学大学院の研究者であるマイケル・リー氏は、「イオン伝導度が高いということは、同時に多くのイオンを動かせるということです。 "これらの電池の比エネルギーとエネルギー密度を高めることで、EVの走行距離を伸ばすことができます。"
現在、研究者たちは、イオン伝導性をさらに向上させることで、サイクルタイムの延長や充電時間の短縮など、電池の性能を向上させる方法を検討している。これまでのところ、電池の性能とサイクルタイムを2倍向上させることに成功しています。
この成果は、ジョージア州が電気自動車のイノベーションの中心地であるという評価を高める可能性があります。 世界的なエネルギー・石油化学企業であるSKイノベーションは、従来のリチウムイオン電池よりも安全でエネルギー密度の高い次世代固体電池を構築するための研究所との継続的な協力関係の一環として、電解質材料に関する追加研究に資金援助を行っています。SK イノベーションは最近、ジョージア州コマースで EV 用電池の新工場を建設すると発表し、2023 年までに 21.5 ギガワット時相当の年間リチウムイオン電池を生産する予定です。
「全固体電池は、電気自動車の燃費と安全性を飛躍的に向上させることができます。SKイノベーションの次世代電池研究センター長であるチェ・キョンファン氏は、「SKイノベーションを含む急成長中の電池企業は、全固体電池の商用化が電気自動車市場のゲームチェンジャーになると考えています」と述べています。"SKイノベーションとジョージア工科大学のSeung Woo Lee教授と共同で進めているプロジェクトを通じて、全固体電池の迅速な応用と実用化に大きな期待が寄せられています。"と述べています。
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