Дървен електролит за батерии предлага рекордна проводимост

Дървесен материал може да замени течните електролити в батериите
(снимка: CC0 Public Domain)

Съвременните литиеви батерии обикновено използват течен електролит за пренасяне на йоните между двата електрода, но учени, които изследват твърдотелните алтернативи на електролита, виждат някои вълнуващи възможности на необичайни места. Изследователи са използвали целулоза, получена от дърво, като основа за един от тези твърдотелни електролити. Той е тънък като лист хартия, може да се огъва и свива, за да абсорбира напрежението при зареждане и разреждане на батерията.

Недостатък на електролитите, използвани в днешните литиеви батерии, е, че съдържат летливи течности, които носят риск от пожар при късо съединение. Освен това характерно за тях е образуването на т.нар. дендрити – израстъци, подобни на пипала, които намаляват производителността и носят риск от пробиви и късо съединение, отбелязва NewAtlas.

Една от новите възможности е използването на твърд електролит, като при него батериите могат да работят с анод от чист литиев метал. Това може да помогне за преодоляване на „тясното място” от гледна точка на енергийната плътност на акумулаторите и да позволи на електрическите автомобили и самолети да пътуват по-дълго без презареждане.

Много от твърдите електролити са направени от керамични материали. Те са ефективни при провеждане на йони, но не издържат толкова добре на напрежението по време на зареждане и разреждане поради своята крехкост. Учени от Университета Браун и Университета на Мериленд потърсиха алтернатива, използвайки целулозни нанофибри, каквито са налични в дървесината.

Дървесните елементи биват комбинирани с мед, за да образуват твърд проводник, който може да се похвали с проводимост, подобна на керамиката, и 10 до 100 пъти по-добра от другите полимерно-йонни проводници. Според екипа, добавянето на мед създава пространство между целулозните полимерни вериги за образуване на „йонни свръхмагистрали”, което позволява на литиевите йони да пътуват с рекордна ефективност.

„Чрез добавянето на мед демонстрирахме, че целулозата, която обикновено изолира йоните, може да предлага по-бърз литиево-йонен транспорт в полимерните вериги”, казва авторът на изследването Лиангбин Ху. „Всъщност открихме, че този йонен проводник постига рекордно висока проводимост измежду всички твърди полимерни електролити”.

И тъй като материалът е тънък и гъвкав, учените смятат, че той ще понася по-добре напреженията при зареждане и разреждане на батерията. Изследователите твърдят, че електрохимичната стабилност на материала позволява използване на литиево-метален анод и катоди с високо напрежение, а освен това материалът може да действа и като свързващ, като обхваща свръхдебели катоди в батерии с висока енергийна плътност.

Има и още едно хубаво нещо: използването на материали, които природата предоставя в изобилие, ще намали цялостното екологично въздействие на производството на батерии, подчертават учените.