Революция в аккумуляторах: ученые придумали, как достичь невероятной сверхпроводимости

Исследователи из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне (США) разработали пептидные полимерные электролиты, которые демонстрируют превосходную проводимость и стабильность. Эти спиральные полимеры улучшат характеристики твердотельных батарей, сообщает SciТech daily.

Исследователи изучили роль спиральной вторичной структуры в проводимости твердотельных пептидных полимерных электролитов и обнаружили, что спиральная структура демонстрирует значительно повышенную проводимость по сравнению с аналогами "случайной катушки". Они также обнаружили, что более длинные спирали приводят к более высокой проводимости и что спиральная структура увеличивает общую стабильность материала к температуре и напряжению.

Они представили концепцию использования вторичной структуры — спирали — для разработки и улучшения ионной проводимости в твердых материалах. Это та же спираль, которую можно найти в биологических пептидах, однако исследователи используют ее в небиологической среде.

Полимеры имеют тенденцию принимать случайные конфигурации, но основную цепь полимера можно контролировать и создавать спиральную структуру, такую ​​как ДНК. Как следствие, полимер будет иметь макродипольный момент — крупномасштабное разделение положительных и отрицательных зарядов. По длине спирали небольшие дипольные моменты каждой отдельной пептидной единицы складываются, образуя макродиполь, который увеличивает как проводимость, так и диэлектрическую проницаемость (меру способности материалов хранить электрическую энергию) всей структуры и улучшает транспортировку заряда. Чем длиннее пептид, тем выше проводимость спирали.

Спиральные полимеры гораздо более стабильны, чем обычные: спираль представляет собой очень прочную структуру. Ее можно подвергать воздействию высоких температур или напряжению, и это не разрушит ее. Кроме того, поскольку материал состоит из пептидов, его можно разложить обратно на отдельные мономерные единицы с помощью ферментов или кислоты, когда батарея вышла из строя или срок ее службы истек. Исходные материалы можно восстановить и повторно использовать после процесса разделения, что снижает его воздействие на окружающую среду.

Ранее мы писали, как новый электролит изменит индустрию батарей. Ученые обнаружили, что материал на основе силикатов горных пород может быть использован в качестве твердотельного электролита.