В современных литий-ионных батареях жидкие электролиты работают довольно хорошо, но у них есть некоторые недостатки. При высоких токах в электролите могут образовываться дендриты — тонкие нити металлического лития, ведущие к коротким замыканиям. Кроме того, жидкие электролиты состоят из легковоспламеняющихся и токсичных химикатов.

Твердые электролиты предотвращают возникновение дендритов и могут быть изготовлены из негорючих материалов. Большинство таких электролитов состоят из керамических материалов с отличной ионной проводимостью, которые однако, из-за жёсткости и хрупкости склонны к образованию трещин, что ведёт к поломке батарей.

Недавно, исследовательская группа из университетов Брауна (штат Род-Айленд) и Мэриленда разработала новый, тонкий и гибкий материал для использования в твердотельных батареях, сырьем для которого является древесина.

В статье, опубликованной в журнале Nature, команда демонстрирует твёрдый ионный проводник, в котором медь сочетается с нанофибриллами целлюлозы — полимерными трубками, полученными из древесины. По словам исследователей, этот тонкий как бумага материал имеет ионную проводимость в 10-100 раз лучше, чем другие полимерные ионные проводники.

Учёные из Брауна выполнили компьютерное моделирование микроскопической структуры медно-целлюлозного материала, чтобы прояснить, почему он так хорошо проводит ионы. Симуляции показали, что медь раздвигает обычно плотно упакованные цепочки молекул целлюлозы. Увеличенные зазоры играют роль ионных супермагистралей, по которым ионы лития могут проноситься относительно беспрепятственно.

Помимо твёрдого электролита, новый материал также может работать в качестве связывающего наполнителя катода. Чтобы соответствовать по ёмкости аноду, катод должны быть значительно толще. Однако большая толщина может нарушать ионную проводимость, поэтому, для повышения эффективности катода, его необходимо заполнить ионопроводящим связывающим веществом. Используя свой медно-целлюлозный материал в таком качестве, команда продемонстрировала один из самых толстых функциональных катодов, известных на сегодняшний день.

Исследователи надеются, что их материал может приблизить выход технологии твердотельных батарей на массовый рынок.

Источник: ko.com.ua