Новый полимер для батарей снизил потери ионов и устранил риск возгорания

Группа исследователей под руководством Гилы Штейн разработала метод устранения структурных дефектов в полимерных ионных жидкостях, используемых в качестве безопасной альтернативы горючим электролитам литий-ионных аккумуляторов. Предложенный подход позволил увеличить ионную проводимость материала почти в десять раз без потери его механической прочности.

Полимерные ионные жидкости не воспламеняются, что делает их перспективной заменой традиционным жидким электролитам, из-за которых происходят возгорания ноутбуков, электровелосипедов и электромобилей. Однако до сих пор эти материалы имели существенное ограничение: составы с хорошей ионной проводимостью при комнатной температуре оказывались слишком мягкими для практического применения.

Для решения этой проблемы исследователи объединили полимерные ионные жидкости с более жёстким полимером в блок-сополимеры. Такие материалы самопроизвольно формируют упорядоченные наноструктуры, обеспечивающие одновременно прочность и транспорт ионов. Однако в ходе работы команда обнаружила, что в процессе самосборки в структуре возникают дефекты — своеобразные тупики, в которых ионы застревают и перестают участвовать в переносе заряда.

Учёные сосредоточились на ламеллярных — слоистых — структурах, где чередующиеся слои позволили детально проследить влияние дефектов на движение ионов. Эксперименты подтвердили гипотезу о том, что именно структурные тупики являются главной причиной снижения проводимости. На основе полученных данных были сформулированы конкретные рекомендации по химическому составу и условиям формирования блок-сополимеров, минимизирующие количество дефектов.

Результаты открывают перспективы для создания аккумуляторов нового поколения, а также для применения в тонкоплёночной электронике и исполнительных механизмах.

Источник: Interesting Engineering