Гнучкі і надпровідні: вчені створили батареї з дерева (фото)

Вчені створили батареї нового покоління з електролітами з деревини. Дослідження опубліковане в журналі Nature, передає сайт Браунівського університету.

У традиційних літієвих батареях використовують рідкий електроліт, який переносить іони між двома електродами, забезпечуючи накопичення і передачу електроенергії. Собівартість таких виробів досить висока, тому вчені активно шукають альтернативу. Співробітники Браунівського університету і Університету Меріленда виготовили твердотілий електроліт з нанофібріл целюлози — полімерних трубок, отриманих з деревини.

Вони отримали матеріал, тонкий, як папір, провідність якого виявилася у 10-100 разів кращою порівняно з іншими полімерними іонними провідниками. Його можна використовувати або як твердий електроліт батареї, або як іонопровідний сполучник для катода повністю твердотілої батареї. Під час випробувань вони зібрали акумулятор з нанофібріл і мідним провідником, який показав швидке перенесення іонів літію.

"Фактично, ми виявили, що цей іонний провідник має рекордно високу іонну провідність серед всіх твердих полімерних електролітів", — заявив професор Лянбінг Ху.

У рідких елементів є один критичний недолік — за умови великої сили струму в них можуть утворюватися крихітні нитки твердого літію під назвою дендрити, які призводять до короткого замикання. Крім того, такі електроліти складаються з токсичних і легкозаймистих речовин. Тверді електроліти запобігають появі дендритів і горять набагато гірше, однак більшість з них дуже крихкі.

Новий матеріал досить гнучкий, щоб витримувати удари і перепади напруги, а провідністю не поступається кераміці. Як показало комп'ютерне моделювання, мідь збільшує простір між ланцюгами целюлозного полімеру, через що з'являються досить широкі "коридори" для іонів літію.

"Іони літію переміщаються у цьому твердому органічному електроліті за допомогою механізмів, які ми зазвичай знаходимо у неорганічній кераміці, що забезпечує рекордно високу іонну провідність", — сказала Юе Ци з Браунівського університету. "Використання матеріалів, які надає природа, знизить загальний вплив виробництва батарей на навколишнє середовище".

Крім того, целюлозні трубки можуть виступати сполучною катодом для твердотілої батареї. Щоб відповідати ємності анодів, катоди мають бути значно товщі, але товщина може порушити іонну провідність і знизити ефективність. Для роботи товстіших катодів їх необхідно сполучити в іонопровідну ланку. Автори стверджують, що сполучна ланка у вигляді нового матеріалу дозволила створити один з найбільш товстих надпровідних катодів в історії. Вчені сподіваються, що їх відкриття допоможе вивести твердотілі батареї на масовий ринок.

Раніше писали про створення батареї, яка гнеться і розтягується подібно до змії. Корейські інженери зібрали конструкцію з шестикутних лусочок, кожна з яких є окремим акумулятором. Вона підійде для пристроїв, які носять, і рухомих роботів.

Писали також про розробку "цукрових" батарей, які витримують більше тисячі циклів. Частинки цукру не дають частинкам сірки з електрода забруднювати електроліт і викликати несправності.