Южнокорейские ученые разработали новый гидрогелевый электролит для гибких аккумуляторов, который сохраняет работоспособность даже на морозе и выдерживает экстремальные деформации. Материал, созданный исследователями из Университета Сонгюнгван (SKKU), способен растягиваться в девять раз относительно своей первоначальной длины и продолжает эффективно проводить ионы при температурах до -20 °C.
Одной из главных проблем гибкой электроники долгое время оставались сами источники питания. Традиционные гидрогелевые электролиты отличаются хорошей проводимостью и эластичностью, однако легко повреждаются при сильных нагрузках и быстро теряют свойства при отрицательных температурах из-за замерзания содержащейся в них воды. Новая разработка призвана решить сразу обе проблемы.
Для создания материала исследователи использовали частицы жидкого металла, полученные методом ультразвукового дробления. Эти частицы выступили инициаторами химической реакции полимеризации, благодаря чему ученым удалось отказаться от нагрева и ультрафиолетового излучения, которые обычно применяются при производстве подобных материалов. Такой подход не только упрощает технологический процесс, но и потенциально облегчает переход к массовому производству.
Высокую механическую прочность гидрогелю обеспечивает специальная структура с добавлением стеарилметакрилата. Он формирует сеть обратимых связей между полимерными цепями: при растяжении они временно разрываются, а затем восстанавливаются после снятия напряжения. Благодаря этому материал способен выдерживать удлинение до 900% без разрушения.
Для повышения морозостойкости готовый гидрогель дополнительно обработали раствором хлорида лития. Это позволило снизить температуру замерзания содержащейся в материале воды и сохранить его гибкость и ионную проводимость при отрицательных температурах. В результате электролит продолжает работать даже в условиях, где большинство подобных материалов теряют свои свойства.
Испытания показали и высокую долговечность технологии. Собранные на основе нового гидрогеля накопители энергии сохранили около 98% первоначальной емкости после 45 тысяч циклов заряда и разряда. Такой результат значительно превосходит показатели многих современных аккумуляторных решений для носимой электроники.
По мнению авторов работы, новая технология может стать основой для следующего поколения гибких аккумуляторов, предназначенных для умных часов, медицинских датчиков, электронного текстиля и другой носимой электроники, которая должна стабильно работать как при постоянных деформациях, так и в холодном климате.