Літій-іонні батареї не завжди працюють так, як треба. Іноді, через внутрішні дефекти, в них може виникнути коротке замикання, що, у свою чергу, може привести до займання рідкого електроліту. Інженери з Іллінойського університету розробили твердий полімерний електроліт, який здатен самовідновлюватися після пошкодження та може бути перероблений без використання агресивних хімікатів або високих температур.
За словами дослідників, коли літій-іонні акумулятори проходять через безліч циклів заряду та розряду, в них виникають дендрити — крихітні деревоподібні літієві структури. Вони скорочують термін служби батарей, викликають точкові зростання температури та короткі замикання, а іноді розростаються настільки, що протикають внутрішні елементи батареї та викликають вибухову хімічну реакцію між електродами та рідким електролітом.
Багато вчених намагаються замінити рідкі електроліти твердими, наприклад, керамічними або полімерними. Однак, багато з них виявляються занадто тендітними, погано забезпечують контакт електроліту з електродом та погіршують провідність. А полімерні електроліти можуть плавитися під впливом високих температур, що знову ж призводить до появи дендритів та несправностей.
«Тверді іонопровідні полімери є одним з варіантів матеріалу для електролітів, — розповідає Брайан Цзин, співавтор розробки. — Але високотемпературні фактори всередині батареї можуть розплавити більшість полімерів, що знову призведе до дендритів та ламання».
Один з методів розв'язання цієї проблеми — виробництво твердих електролітів з полімерних ланцюжків, з'єднаних між собою таким чином, що утворюють каучукоподібний літієвий провідник. Цей спосіб перешкоджає росту дендритів. Однак такі складні матеріали не можуть відновлюватися після пошкоджень.
Щоб розв'язати цю проблему, дослідники розробили полімерний електроліт, в якому точка з'єднання полімерів може піддаватися реакції обміну та замінювати полімерні нитки. На відміну від лінійних полімерів, ці мережі стають міцнішими при нагріванні, знижуючи небезпеку появи дендритів. Крім того, якщо їх зламати, вони відновляться.
«Цей новий мережевий полімер демонструє чудові властивості — як теплопровідність так і збільшення жорсткості при нагріванні, чого не спостерігається у звичайних полімерних електролітах», - підкреслив Цзин.
Ще одна корисна властивість відкриття — простота в утилізації відпрацьованого електроліту. Більшості полімерам для розпаду потрібні сильні кислоти та високі температури, але цей матеріал розчиняється в воді при кімнатній температурі, не забруднюючи навколишнє середовище, пояснюють винахідники.
Але як зізнаються самі дослідники, хоч потенціал нового електроліту дуже високий, для впровадження нової технології у виробництво, потрібно провести ще багато роботи, перш ніж вдасться домогтися тих характеристик, якими володіють акумулятори сьогодні.
За матеріалами: EurekAlert!
