Кукуруза, долгое время считавшаяся всего лишь сельскохозяйственной культурой и пищевым продуктом, может сыграть ключевую роль в развитии передовых технологий. Ученые из Университета штата Вашингтон (WSU) нашли способ использовать кукурузный белок для улучшения характеристик литий-серных аккумуляторов — перспективной альтернативы привычным литий-ионным батареям.
Почему это важно?
Литий-серные батареи значительно легче и экологичнее литий-ионных аналогов. Они способны хранить больше энергии и не содержат токсичных металлов, таких как кобальт или никель. Вместо этого используется сера — недорогой, безопасный и распространённый материал. Однако широкому коммерческому применению таких аккумуляторов мешают технические трудности, в первую очередь — их недолговечность.
Одной из главных проблем литий-серных батарей является так называемый «шаттл-эффект», при котором сера начинает мигрировать внутри батареи, снижая её эффективность и сокращая срок службы. Кроме того, на аноде из лития часто образуются опасные выросты — дендриты, которые могут вызвать короткое замыкание.
Решение из кукурузы
Исследователи WSU предложили использовать кукурузный белок в составе защитного слоя — сепаратора, который размещается внутри батареи между анодом и катодом. Этот барьер, дополнительно укреплённый гибким пластиковым компонентом, позволил батарее сохранить заряд даже после 500 циклов перезарядки — значительно больше, чем у аналогов без такого слоя.
«Мы продемонстрировали простой и эффективный подход к созданию функционального сепаратора для повышения эффективности батарей», — отметила одна из авторов исследования, профессор Кэти Чжун.
Кукурузный белок состоит из аминокислот, которые могут взаимодействовать с материалами батареи, способствуя более стабильному прохождению литиевых ионов и снижая нежелательные химические процессы. Чтобы усилить эти свойства, исследователи изменили структуру белка, добавив немного гибкого пластика, который помогает «развернуть» молекулу и улучшить её взаимодействие с окружающей средой внутри аккумулятора.
Команда провела как лабораторные эксперименты, так и численные моделирования, подтверждающие эффективность подхода. Теперь учёные сосредоточены на более глубоком изучении — какие именно аминокислоты играют ключевую роль и как можно ещё оптимизировать белковую структуру.
«Белок — это очень сложная структура, и нам предстоит провести дополнительные симуляции, чтобы точно определить, какие элементы наиболее полезны для устранения шаттл-эффекта и образования дендритов», — подчеркнула Чжун.
Исследование, проведённое аспирантами Института машиностроения и материаловедения WSU, опубликовано в журнале Journal of Power Sources. Ученые уже планируют сотрудничество с промышленными партнерами для масштабирования технологии и создания полноразмерных батарей на основе этого инновационного решения.
