Ученые создали емкую и надежную водно-полимерную батарею: где такую можно применять

В Китае ученые разработали полностью полимерный водяной аккумулятор, обладающий высокой емкостью, гибкостью и долговечностью. Статья об этом исследовании опубликована в журнале Nature Communications.

Литий-ионные аккумуляторы десятилетиями доминируют в сфере портативной электроники, но их зависимость от дорогих металлов, а также наличие легковоспламеняющихся или токсичных органических электролитов вызывает беспокойство. Натрий-ионные батареи на водной основе считаются перспективной альтернативой благодаря доступности сырья и безопасности. Их повсеместному применению мешает отсутствие подходящих материалов для электродов, поскольку те, что используются сейчас, не могут обеспечить хорошую плотность хранения энергии и стабильную работу во время нескольких циклов зарядки/разрядки.

Батареи в которых электроды и электролиты полностью изготовлены из полимеров, отлично подходят для носимой электроники благодаря простоте обработки, внутренней безопасности и устойчивости. В водной среде у полимерных электродов возникают проблемы с окислительно-восстановительным процессом, что снижает производительность.

Теперь же ученые сообщили о создании полимерно-водного электролита, повышающего стабильность этого процесса путем модуляции слоев сольватации и формирования твердоэлектролитной интерфазы. В качестве материала для электрода выбрали полианилин, который может служить как анодом, так и катодом.

Полученная полностью полимерный водный натрий-ионный аккумулятор с полианилином в качестве симметричных электродов показал высокую емкость 139 мАч/г, плотность энергии 153 Втч/кг и сохранение более 92% после 4800 циклов. Спектроскопические характеристики прояснили структуру гидратации, твердоэлектролитную интерфазу и механизм двойного ионного легирования.

"Крупномасштабные полностью полимерные гибкие батареи изготавливаются с превосходной гибкостью и пригодностью к вторичной переработке, предвещая парадигматический подход к устойчивому, носимому хранению энергии", — заявили ученые в своей статье.

Ранее писали, что новый материал для калий-ионный батарей позволит заменить литий-ионные. Во время тестов аккумулятор с электродом из селенида хрома продемонстрировал емкость 125 мАч/г.

Недавнее исследование показало, что квантовые батареи могут отдавать гаджетам больше энергии, чем могут вместить. Для этого они оба должны находиться в особом квантовом состоянии.