Науковці з Оксфордського університету спільно з партнерами розробили новий клас органічних електролітів, які зберігають високу іонну провідність навіть у твердому стані.
Відкриттяставить під сумнів одне з базових правил електрохімії, згідно з яким рух іонів різко сповільнюється, коли рідина твердне.
Читайте також:
Для електричних літаків і авто. В Японії створили ефективний літій-повітряний акумулятор Нові матеріали отримали назву електролітів, незалежних від стану (state-independent electrolytes, SIE). Вони демонструють однаково ефективне перенесення заряду в рідкій, рідкокристалічній та твердій фазах. За словами першої авторки дослідження, аспірантки Джульєт Барклай, це доводить, що органічні матеріали можна спроєктувати так, аби іонний рух не «замирав» під час затвердіння. Такий підхід відкриває шлях до створення легших і безпечніших твердотільних пристроїв, здатних стабільно працювати в широкому діапазоні температур.
У традиційних батареях іони рухаються через рідкий електроліт. Під час кристалізації або замерзання молекули зчіплюються між собою, фактично блокуючи іони — ефект,
відомий як «заморожування». Саме він вважається ключовою перешкодою для створення твердотільних батарей, порівнянних за потужністю з рідинними аналогами.
Команда під керівництвом професора Пола Макгонігала переосмислила молекулярну архітектуру електроліту. Дослідники створили дископодібні молекули з довгими гнучкими бічними ланцюгами, що нагадують «колесо з м’якими щетинками». Рівномірний розподіл позитивного заряду в центрі молекули запобігає сильному зв’язуванню з негативно зарядженими іонами. Після затвердіння такі молекули самоорганізовуються в жорсткі колони, тоді як гнучкі ланцюги формують проникне, подібне до рідини середовище для вільного руху іонів.
Під час випробувань вчені з подивом виявили, що електричні властивості матеріалу залишаються незмінними в усіх фазах, і результат відтворюється для різних типів іонів. Це відкриває перспективи для виробництва: електроліт можна заливати в батарею в рідкому стані, а після охолодження він перетворюється на стабільне тверде тіло без ризику витоків і займання.
Завдяки малій масі, гнучкості та потенційній відновлюваності нові матеріали вважаються перспективними для твердотільних батарей наступного покоління, носимих сенсорів і «розумних» окулярів.
Читайте також:
Електромобілі можуть живити будинки. Нове дослідження показує економію коштів і скорочення викидів
