研究人員拉伸大型橡膠材料。圖片來源：美國佐治亞理工學院

為了使電動汽車（EVs）成為主流，它們需要成本效益高、更安全、更持久的電池，這些電池在使用過程中不會爆炸或損害環境。美國佐治亞理工學院的研究人員可能已經找到了一種有希望替代傳統鋰離子電池的材料：橡膠。

彈性體，或合成橡膠，由于其優越的機械性能，被廣泛用于消費產品和先進技術，如可穿戴電子設備和軟機器人。研究人員發現，當這種材料被配制成3D結構時，它作為快速鋰離子運輸的超級公路，具有卓越的機械韌性，從而使電池的充電時間更長，可以走得更遠。這項研究是與韓國科學和技術高級研究所合作進行的，周三發表在《自然》雜志上。

在傳統的鋰離子電池中，離子是由液體電解質移動的。然而，這種電池本身是不穩定的：即使是最輕微的損壞也會泄漏到電解質中，導致爆炸或火災。安全問題迫使業界關注固態電池，它可以使用無機陶瓷材料或有機聚合物制造。

喬治-W-伍德拉夫機械工程學院副教授Seung Woo Lee說："大多數行業都在關注構建無機固態電解質。但它們很難制造，價格昂貴，而且不環保。"他是一個研究小組的成員，該小組發現了一種優于其他材料的橡膠基有機聚合物。固體聚合物電解質因其制造成本低、無毒和柔軟的特性，繼續吸引著人們的極大興趣。然而，傳統的聚合物電解質沒有足夠的離子傳導性和機械穩定性來保證固態電池的可靠運行。

新穎的三維設計帶來了能量密度和性能的飛躍

佐治亞理工學院的工程師們利用橡膠電解質解決了常見的問題（鋰離子傳輸緩慢和機械性能差）。關鍵的突破是讓材料在堅固的橡膠基質中形成三維（3D）互連的塑料晶體相。這種獨特的結構帶來了高離子傳導性、卓越的機械性能和電化學穩定性。

這種橡膠電解質可以在低溫條件下使用簡單的聚合工藝制成，在電極表面產生堅固而光滑的界面。橡膠電解質的這些獨特特性防止了鋰枝晶的生長，并允許更快地移動離子，使固態電池即使在室溫下也能可靠運行。

Lee說："橡膠因其高機械性能而被到處使用，它將使我們能夠制造廉價、更可靠和更安全的電池。更高的離子傳導性意味著你可以在同一時間移動更多的離子。通過增加這些電池的比能量和能量密度，你可以增加電動車的里程。"

機械工程研究生研究員Michael Lee說：“研究人員現在正在研究如何提高電池的性能，通過更好的離子傳導性增加其循環時間和減少充電時間。到目前為止，他們的努力已經使電池的性能/循環時間有了兩次的改善。”

這項工作可以提高格魯吉亞作為電動車創新中心的聲譽。SK Innovation是一家全球能源和石化公司，正在資助對電解質材料的額外研究，作為其與該研究所持續合作的一部分，以建立比傳統鋰離子電池更安全、能量更密集的下一代固態電池。SK創新公司最近宣布在佐治亞州商務市建設一個新的電動車電池工廠，預計到2023年，年產鋰離子電池量將達到21.5千兆瓦時。

SK Innovation下一代電池研究中心主任Kyounghwan Choi說："全固態電池可以極大地提高電動汽車的里程數和安全性。包括SK Innovation在內的快速發展的電池公司認為，全固態電池的商業化將成為電動汽車市場的游戲規則改變者。通過與SK Innovation和佐治亞理工學院的Seung Woo Lee教授合作的現行項目，人們對全固態電池的快速應用和商業化寄予厚望。"