Новый полимер сделает батареи безопаснее.

Литий-ионные батареи печально известны своими короткими замыканиями, воспламеняющими жидкие электролиты батареи и приводящими к взрывам и пожарам. Инженеры Университета Иллинойса разработали твердый электролит на полимерной основе, который может самостоятельно восстанавливаться после повреждений. Вдобавок этот материал может быть переработан без использования активных химических веществ или высоких температур.

Новое исследование было опубликовано в журнале Американского химического общества. Оно посвящено материалу, который мог бы помочь производителям в производстве пригодных для вторичной переработки, самовосстанавливающихся коммерческих батарей.

«По мере того, как литий-ионные батареи проходят несколько циклов зарядки и разрядки, в них образуются крошечные ветвистые структуры твердого лития, называемые дендритами,»- рассказали исследователи. Эти структуры сокращают срок службы батареи, образуют горячие точки и короткие замыкания. Иногда вырастают настолько крупные дендриты, что они пронзают внутренние части батареи, вызывая взрывные химические реакции между электродами и жидкостями электролита.

Химики и инженеры настаивают на замене жидких электролитов в литий-ионных батареях твердыми материалами, такими как керамика или полимеры. Однако многие из предложенных материалов являются хрупкими и жесткими, что приводит к плохому контакту электролита с электродами и снижению электропроводности.

«Твердые ионопроводящие полимеры – это один из материалов, который можно было бы использовать в качестве нежидких электролитов», — говорит Брайан Цзин, аспирант и соавтор исследования. «Но высокотемпературные условия внутри батареи приводят к плавлению большинства полимеров, что опять же ведет к дендритам и поломке».

В ходе предыдущих исследований был создан твердый электролит на базе сетки полимерных нитей, сшитых между собой и образующих резиновый литиевый проводник. Такой материал соответствовал требованиям и замедлял рост дендритов, однако создание его было трудоемким, а восстанавливаться после повреждения он не мог.

Для решения этой проблемы исследователи разработали сетчатый полимерный электролит, в котором место разрыва может путем обменных реакций перекрыться полимерными нитями. В отличие от линейных полимеров, эти сети фактически становятся жестче при нагревании. В потенциале это может минимизировать проблему дендритов. Кроме того, они могут быть легко разрушены и преобразованы в сетевую структуру после повреждения, что делает материал пригодным для повторного использования. Итак, данный полимер не теряет проводимость после повреждения, потому что он способен самостоятельно восстанавливаться.

«Большинство полимеров требуют сильных кислот и высоких температур для разрушения», — сказал профессор материаловедения и инженерии и ведущий автор Кристофер. «Наш материал растворяется в воде при комнатной температуре, что делает его очень энергоэффективным и экологически чистым».

Команда исследовала проводимость нового материала и нашла его крайне многообещающим в качестве эффективного электролита для батареи.  Исследователи признают, что потребуются еще некоторое время и усилия, прежде чем полимер можно будет использовать в батареях, которые смогут заменить используемые сегодня.

«Я думаю, что эта работа представляет собой интересную платформу для других экспериментов», — сказал Эванс. «Мы использовали очень специфическую химию и очень специфическую динамическую связь в нашем полимере, но мы думаем, что этот метод можно применить для многих других химических веществ, чтобы тщательнее подобрать проводимость и механические свойства».

Пройдет несколько лет, и в мы встретим подобную батарею дома. Однако для развития технологий и производства одного желания человека недостаточно — промышленность развивается благодаря человеческой изобретательности и орудиям труда, позволяющим нам делать великие открытия. Доменная зона .tools — прекрасный выбор для любого веб-сайта, посвященного орудиям, за счет которых производство не стоит на месте.