Гибкие и сверхпроводимые: ученые создали батареи из дерева
Ученые создали батареи нового поколения с электролитами из древесины. Исследование опубликовано в журнале Nature, передает сайт Брауновского университета.
В традиционных литиевых батареях исполюзуют жидкий электролит, который переносит ионы между двумя электродами, обеспечивая накопление и передачу электроэнергию. Себестоимость таких изделий достаточно высокая, поэтому ученые активно ищут альтернативу. Сотрудники Брауновского университета и Университета Мэриленда изготовили твердотельный электролит из нанофибрилл целлюлозы - молимерных трубок, полученных из древесины.
Они получили материал, тонкий, как бумага, проводимость которого оказалась в 10-100 раз лучше, по сравнению с другими полимерными ионными проводниками. Его можно использовать либо как твердый электролит батареи, либо как ионопроводящее связующее для катода полностью твердотельной батареи. Во время испытаний они собрали аккумулятор из нанофибрилл и медным проводником, который показал быстрый перенос ионов лития.
"Фактически, мы обнаружили, что этот ионный проводник обладает рекордно высокой ионной проводимостью среди всех твердых полимерных электролитов", - заявил профессор Лянбинг Ху.
У жидких элементов есть один критический недостаток - при большой силе тока в них могут образовываться крошечные нити твердого лития под названием дендриты, которые приводят к короткому замыканию. Кроме того, такие электролиты состоят из токсичных и легковоспламеняющихся веществ. Твердые электролиты предотвращают появление дендритов и горят намного хуже, однако большинство из них очень хрупкие.
Структура нанотрубок из целлюлозы
Новый материал достаточно гибкий, чтобы выдерживать удары и перепады напряжения, а по проводимости не уступает керамике. Как показало компьютерное моделирование, медь увеличивает пространство между цепями целлюлозного полимера, из-за чего появляются достаточно широкие "коридоры" для ионов лития.
"Ионы лития перемещаются в этом твердом органическом электролите с помощью механизмов, которые мы обычно находим в неорганической керамике, что обеспечивает рекордно высокую ионную проводимость", - сказал Ци. "Использование материалов, которые предоставляет природа, снизит общее воздействие производства батарей на окружающую среду".
Кроме того, целлюлозные трубки могут выступать связующим катодом для твердотельной батареи. Чтобы соответствовать емкости анодов, катоды должны быть значительно толще, но толщина может нарушить ионную проводимость и снизить эффективность. Для работы более толстых катодов их необходимо заключить в ионопроводящую связку. Авторы утверждают, что связующее звено в виде нового материала позволило создать один из самых толстых сверхпроводимых катодов в истории. Ученые надеются, что их открытие поможет вывести твердотельные батареи на массовый рынок.
