Благодаря новаторскому открытию ученые из Университета науки и технологии имени короля Абдаллы (KAUST) в Саудовской Аравии нашли способ использовать нейлон в конструкции аккумуляторов для улучшения характеристик литиевых батарей и повышения их безопасности. Как отмечают исследователи, этот новый подход может произвести революцию в решениях для хранения энергии при одновременном снижении затрат.
Чтобы улучшить характеристики литий-металлических аккумуляторов, исследователи часто используют добавки для стабилизации интерфейсов аккумуляторов. Исследовательская группа KAUST обнаружила, что нейлон, полимер, который обычно используется в одежде, может действовать как эффективная добавка при растворении в слабом растворе лития. В отличие от предыдущих методов, которые основывались на использовании агрессивных растворителей, этот инновационный подход позволяет нейлону растворяться в более мягких условиях, что делает его более безопасным и эффективным средством для улучшения качества аккумуляторов. “Полимеры всегда было трудно растворять в обычных электролитах для аккумуляторных батарей. Мы провели тщательное изучение химических свойств и модифицировали структуру сольватации и взаимодействия”, - пояснил Чжимин Чжао, научный сотрудник KAUST и один из ведущих исследователей.
Чжимин Чжао и его команда обнаружили, что использование нейлона привело к созданию литий-металлических аккумуляторов, которые стали более эффективными с длительным сроком службы и проявлением меньших вредных реакций. В ходе исследования ученые изучили химию, лежащую в основе взаимодействия нейлона и лития, уделив особое внимание ключевым молекулярным связям, которые сделали возможным это усовершенствование.
Литиевые батареи широко используются сегодня благодаря своей высокой плотности энергии. Эти аккумуляторы питают все, от смартфонов и ноутбуков до космической техники. Однако существует два основных типа литиевых батарей: литий-ионные и литий-металлические. Литий-ионные аккумуляторы широко используются в повседневных электронных устройствах, таких как ноутбуки и смартфоны. Между тем литий-металлические аккумуляторы обеспечивают большую плотность энергии и находят применение в робототехнике, транспорте и других передовых технологиях. Несмотря на свои преимущества, литий-металлические аккумуляторы сталкиваются с проблемами безопасности и долговечности из-за наличия опасных материалов и нежелательных побочных реакций, известных как паразитные реакции, которые снижают их производительность.
Профессор Хусам Альшариф, председатель Центра передового опыта в области возобновляемых источников энергии и технологий хранения данных KAUST, подчеркнул более широкое значение этого открытия. “Моя исследовательская группа занимается разработкой решений для использования возобновляемых источников энергии, таких как более высокая плотность энергии и более безопасные аккумуляторы, для ускорения внедрения технологии обезуглероживания в Королевстве. Это открытие обещает более дешевые и безопасные добавки и демонстрирует преимущества фундаментальных научных исследований”. Используя такой знакомый и экономичный материал, как нейлон, исследователи KAUST открыли новые возможности для литий-металлических аккумуляторов, сделав их более пригодными для широкого использования. Как отмечают ученые KAUST, это открытие может привести к созданию более безопасных, долговечных и доступных решений для хранения энергии, что принесет пользу различным отраслям промышленности, от бытовой электроники до транспорта.
Результаты исследования были опубликованы в журналах ACS Energy Letters и Energy & Environmental Science.
