В Новосибирске разрабатывают материалы для нового поколения безопасных и гибких источников тока. Исследователи Института химии твердого тела и механохимии СО РАН создали полимерный электролит на основе полиуретана, который сохраняет форму, проводит ионы лития и способен восстанавливать свои свойства после высыхания. Результаты работы опубликованы в Journal of Polymer Science.
Когда гибкость становится плюсом
В основе разработки лежит полиуретановая матрица, которая впитывает раствор проводящей соли, удерживает его внутри своей структуры и при этом остается эластичной. В результате получается материал в виде гибкой пленки, не растекающейся и не теряющей форму, тогда как ионы внутри продолжают свободно перемещаться.
По словам старшего научного сотрудника института Ольги Подгорновой, работа начинается с подбора состава электролита, после чего ученые собирают миниатюрное устройство и проверяют, насколько эффективно оно накапливает и отдает заряд. Если результаты оказываются успешными, разработку переводят на этап создания более совершенных прототипов.
В отличие от широко применяемых сегодня жидких электролитов, новый материал не вытекает при повреждении корпуса, что снижает риск короткого замыкания и возгорания. При этом он сохраняет жидкую фазу внутри полимерной структуры, благодаря чему эффективно переносит ионы лития.
Материал, который возвращается к работе
Одной из наиболее интересных особенностей разработки стала способность электролита восстанавливать работоспособность после полного высыхания. Исследователи обнаружили, что полиуретановая пленка не разрушается при потере растворителя. После повторного контакта с раствором проводящей соли она вновь набухает и возвращает ионную проводимость. Такое свойство делает материал перспективным для создания долговечных и ремонтопригодных устройств.
Эффективность нового электролита проверили в симметричной электрохимической ячейке. Испытания показали, что после тысячи последовательных циклов заряда и разряда система сохраняет до 80 % первоначальной емкости. По словам исследователей, этот результат станет отправной точкой для дальнейшей оптимизации материала.
Разработчики отмечают, что одной из главных задач остается поиск баланса между высокой проводимостью и эластичностью. Избыток соли ухудшает гибкость материала, а ее недостаток снижает эффективность переноса заряда. Кроме того, важно подобрать состав, пригодный не только для лабораторных экспериментов, но и для промышленного производства и последующего применения.
В перспективе такие полимерные электролиты могут использоваться в носимой электронике — умных браслетах, медицинских сенсорах и других устройствах, которые крепятся непосредственно на кожу. Сейчас работа находится на стадии лабораторных прототипов. Следующим этапом станут испытания на устойчивость к изгибам, растяжению и другим механическим нагрузкам.
Материал может долго удерживать растворитель, а затем после высыхания снова включаться в работу, если вернуть его в электролит. Это показывает, насколько устойчивой может быть внутренняя структура полимерной матрицы.
Ольга Подгорнова
Батареи для нательных девайсов
Полимерные электролиты считаются одним из наиболее перспективных направлений развития твердотельных источников тока, поскольку способны сочетать безопасность твердых материалов с высокой ионной проводимостью, характерной для жидких электролитов.
Носимая электроника остается одним из самых быстрорастущих направлений современной электроники. Для таких устройств особенно важны гибкость, безопасность и устойчивость к многократным деформациям, поэтому разработка новых полимерных электролитов вызывает большой интерес у исследователей во всем мире.
Недавно мы рассказали о неочевидной опасности быстрой зарядки твердотельных аккумуляторов.
Источник: hi-tech.mail.ru