Благодаря исследованию, проведённому учёными из Университета штата Мичиган (Michigan State University, MSU), литий-ионные батареи (LIB), используемые в электромобилях и смартфонах, могут стать значительно надёжнее и безопаснее. Команда разработала инновационный материал на основе лигнина — природного компонента древесины, — который повышает стабильность батарей, снижает риск возгорания и продлевает срок службы устройств.
Природный материал в сердце технологии
Учёные использовали лигносульфонат — полимер, получаемый как побочный продукт целлюлозно-бумажной промышленности, — для создания тонкой плёнки-разделителя. Этот компонент размещается между катодом и анодом батареи, предотвращая короткие замыкания и перегрев.
Эксперименты показали, что лигниновые разделители остаются стабильными при температурах до 300 °C, тогда как традиционные пластиковые (из полиэтилена или полипропилена) начинают деформироваться задолго до этого порога. Более того, плёнки толщиной всего 25 микрометров (тоньше человеческого волоса) оказались наиболее эффективными в поддержании стабильности батареи.
Одним из самых впечатляющих результатов стало увеличение ресурса батареи на 60%. «Мы были удивлены, обнаружив, что лигниновая плёнка не только безопаснее, но и продлевает срок службы батареи», — говорит Ченчен Фан, доцент инженерного колледжа MSU.
Это особенно важно для устройств с высокой нагрузкой — таких как электромобили и портативная электроника, где стабильность и долговечность критически важны.
Безопасное производство
Разработка отличается не только эффективностью, но и экологичностью. Производство разделителей происходит методом сухой обработки, без использования токсичных растворителей, характерных для традиционных технологий.
Благодаря этой методике весь исходный материал — включая лигнин — используется полностью, без отходов и вредных выбросов. Более того, лигносульфонат не требует дополнительной переработки перед применением, что упрощает и удешевляет производство.
Исследование указывает на то, что лигниновые разделители — это не просто альтернатива пластиковым, а полноценная платформа для создания новых поколений батарей. Высокая термостойкость, доступность сырья, экологичность производства и увеличенный срок службы делают технологию привлекательной для массового внедрения.
«Высокая термостабильность, удобство производства, улучшенные характеристики и низкая стоимость лигниновых разделителей вдохновляют на разработку новых однослойных решений для высокоэффективных литий-ионных батарей», — говорится в аннотации к исследованию.
Результаты работы опубликованы в журнале Advanced Materials.
