Современные литиевые батареи обычно используют жидкий электролит для переноса ионов между двумя электродами, но ученые, изучающие твердые альтернативы, обнаружили некоторые захватывающие возможности. Среди них и авторы нового исследования, которые использовали целлюлозу, полученную из древесины, в качестве основы для одного из таких твердых электролитов. Он имеет толщину бумаги и может сгибаться и разгибаться, реагируя на циклы работы батареи.
В чем недостаток современных батарей
Одним из недостатков электролитов, используемых в современных литиевых батареях, является то, что они содержат летучие жидкости, которые несут риск возгорания в случае короткого замыкания. Твердые электролиты, между тем, могут быть изготовлены из невоспламеняющихся материалов, делают устройство менее склонным к образованию дендритов и могут открыть совершенно новые возможности для архитектуры батарей.
Многие из разработанных до сих пор твердых электролитов были изготовлены из керамических материалов, которые обладают высокой эффективностью в проведении ионов, но не очень хорошо переносят нагрузки во время зарядки и разрядки из-за своей хрупкости. Ученые из Университета Брауна и Университета Мэриленда искали альтернативу, и в качестве отправной точки использовали нанофибриллы целлюлозы, содержащиеся в древесине.
Что предлагают ученые
Эти полимерные трубки из древесины были соединены с медью для создания твердого ионного проводника, обладающего проводимостью, подобной керамике, и в 10-100 раз лучшей, чем другие полимерные ионные проводники. По словам команды, это происходит потому, что добавление меди создает пространство между целлюлозными полимерными цепочками для формирования «ионных супермагистралей», позволяющих ионам лития перемещаться с рекордной эффективностью.
А поскольку материал тонкий и гибкий, ученые считают, что он будет лучше переносить нагрузки, возникающие при циклическом использовании батареи. Они также утверждают, что он обладает электрохимической стабильностью, позволяющей использовать литий-металлический анод и высоковольтные катоды, или может выступать в качестве связующего материала, в котором заключены сверхтолстые катоды в батареях высокой плотности.
