Американские ученые создали твердый полимерный электролит из меди и нанофибрилл целлюлозы. Он не уступает керамическим аналогам по ионной проводимости и превосходит их по тонкости и гибкости. При этом материал можно использовать еще и как связующий катод в батарее. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Сегодня в мире наиболее распространены литий-ионные аккумуляторы. Их можно найти где угодно, от телефона до автомобиля. Одни из ключевых составных элементов в батарее — электролиты. Они состоят из соли лития, растворенной в жидком органическом растворе. Задача электролита — проводить ионы лития между катодом и анодом батареи. Жидкие электролиты довольно эффективны, но у них есть и недостатки. Например, если напряжение слишком высоко, то в электролите могут образовываться дендриты, приводящие к коротким замыканиям. Кроме того, жидкие электролиты состоят из легковоспламеняющихся и токсичных химикатов.
Альтернатива жидким электролитам — твердые. Они надежнее и безопаснее, но с рядом своих недостатков. В частности, большинство твердых электролитов сегодня представляют собой керамические материалы — толстые, жесткие и хрупкие. Во время зарядки или разрядки аккумулятора в них могут появляться трещины и другие дефекты.
Но американским ученым удалось создать твердый электролит, который не уступает по ионной проводимости керамическим. При этом он тонкий и гибкий практически как лист бумаги. Основой для этого электролита стала древесина. Исследователи соединили медь с нанофибриллами целлюлозы — полимерными трубками, полученными из дерева.
Компьютерное моделирование показало, что медь в электролите увеличивает пространство между цепями полимера целлюлозы, которые обычно очень плотно упакованы. За счет этого образуются ионные супермагистрали, по которым частицы могут почти беспрепятственно двигаться. По словам ученых, их электролит в 10–100 раз лучше проводит ионы, чем другие полимерные аналоги.
При этом материал также можно использовать в качестве связующего катода для твердотельной батареи. В такой роли он одновременно и является одним из самых толстых функциональных катодов (а они должны быть толстыми, чтобы соответствовать емкости анодов), и хорошо проводит ионы. Авторы исследования надеются, что разработанный ими материал станет важным шагом в развитии технологии твердотельных батарей и приблизит их выход на массовый рынок.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
