Logo
Cover

В современных литиевых батареях для переноса ионов между электродами в основном используется жидкий электролит, но многие исследователи, стремясь повысить производительность и безопасность, предлагают различные варианты твердотельных электролитов. Один из них разработали американские ученые — гибкий и тонкий как бумага материал, в основе которого — целлюлоза.

Один из минусов современных электролитов в том, что они содержат крайне летучие жидкости, которые легко возгораются в случае короткого замыкания и провоцируют образование кристаллических дендритов, снижающих производительность батареи. Твердотельные электролиты делаются из негорючих материалов и открывают новые возможности в архитектуре аккумуляторов.

Нередко твердотельные электролиты предлагают делать из керамики, хорошо проводящей ионы, но не пригодной для продолжительной нагрузки, вызванной зарядкой и разрядкой. Ученые из Университета Брауна и Университета Мэриленда нашли альтернативное решение — целлюлозные нановолокна, сообщает New Atlas.

Эти полимерные трубочки в сочетании с медью образуют твердый проводник ионов с характеристиками проводимости второго рода, не уступающими керамике и в 10–100 раз превышающими показатели полимеров. По словам ученых, причина в том, что медь создает между полимерными цепочками целлюлозы пространство для «ионного автострады», по которой ионы лития движутся с рекордной эффективностью.

А поскольку материал получился тонкий и гибкий, ученые убеждены, что он лучше будет выдерживать нагрузки. Также они считают, что он обладает необходимой электрохимической стабильностью для работы вместе с литий-металлическим анодом и катодами высокого напряжения или может выступать связующим материалом для сверхтолстых катодов в батареях повышенной плотности.

«Ионы лития движутся в органическом твердом электролите благодаря механизмам, которые мы обычно видим в неорганической керамике, что обеспечивает рекордно высокую ионную проводимость, — сказал первый автор исследования Юэ Ци. — Использование природных материалов позволяет понизить общую нагрузку на окружающую среду от производства аккумуляторов».

Более эффективный вариант полимерного твердотельного электролита придумали в Южной Корее. Он способен контролировать свою структуру с помощью электростатических взаимодействий. Такой подход позволяет решить фундаментальную проблему пониженной подвижности ионов в мертвых зонах.