Специалисты из Корнелльского университета усовершенствовали дизайн твердотельных аккумуляторов, объединив преимущества 2 типов электролитов. Технология открыла путь к более компактным и безопасным батареям.
Литий-ионные системы – основная технология хранения энергии, постепенно перестают удовлетворять потребности техники. В качестве альтернативы ученые рассматривают твердотельные батареи, характеризующиеся большей емкостью и не использующие воспламеняющиеся электролиты. Исследователи из Корнелльского университета улучшили дизайн такого аккумулятора. Они объединили преимущества 2 состояний электролитов, используя жидкий продукт, превращающийся в твердые полимеры в электрохимическом элементе, сообщает sciencedaily.com. Решение позволило преодолеть ключевые барьеры в создании батарей.
«Представьте стакан с кубиками льда: некоторые контактируют со стеклом, но есть щели, — объясняет ведущий автор работы, Цин Чжао. – Но если вы заполните стакан водой и заморозите, поверхность контакта будет полностью покрыта. Вы получите прочную связь твердого стекла и жидкого содержимого. В батареях концепция обеспечивает быструю передачу электронов между электродом и электролитом. При этом не требуется использовать воспламеняющиеся жидкости».
Результаты исследования представлены в Nature Energy.
Ключевой момент проекта – специальные молекулы, способные запускать полимеризацию в электрохимическом элементе, не нарушая его функций. Если электролитом служит циклический простой эфир, катализатор может разрывать кольцо, производя реактивные мономерные нити. Соединяясь, они создают длинные молекулы цепочечного типа с эфирными химическими свойствами. Этот твердый полимер сохраняет связи на поверхностях раздела металла, как лед в стакане.
«Наши выводы открывают новый путь к созданию практичных твердотельных аккумуляторов для разных систем», — сказал старший автор работы, профессор Линден Арчер.
Ранее попытки масштабного производства таких батарей были неудачными из-за больших расходов и слабых свойств поверхностей раздела. По словам Арчера, новая стратегия локального получения твердых полимерных электролитов выглядит многообещающе. Она продлевает срок службы аккумулятора, ускоряет зарядку и повышает энергоемкость.
«Наш подход нацелен на повышение безопасности литий-ионных технологий. Но он может помочь и в разработке других батарей», — сказал Арчер.
