Литий-ионные батареи окружают нас повсюду — от смартфонов и электромобилей до систем хранения энергии. Но у них есть серьёзный минус: многие традиционные электролиты легко воспламеняются, что приводит к пожарам и рискам. Чтобы сделать батареи безопаснее, исследователи давно работают с полимерными ионными жидкостями (PILs) — материалами, которые почти не горят. Однако у них есть другая проблема: они плохо проводят ионы, особенно при комнатной температуре.
Теперь учёные из Университета Хьюстона нашли способ решить эту дилемму. Они создали гибридный материал, который сохраняет высокую безопасность и при этом значительно лучше проводит электрический ток.
Как работает новое решение
Ключевой подход — объединение PILs с более жёстким полимером в так называемые блок-сополимеры. Эти материалы способны самостоятельно собираться в упорядоченные наноструктуры, которые одновременно обеспечивают механическую прочность и пути для движения ионов.
Однако даже в таких структурах есть скрытая проблема. Дефекты в наноупорядочении работают как «тупики» — ловушки, которые задерживают ионы и снижают общую проводимость. Исследователи под руководством Гилы Стайн (Gila Stein) и Сэмюэла Адотея (Samuel Adotey) тщательно изучили этот эффект и разработали рекомендации по дизайну материала, которые минимизируют количество таких дефектов.
Результат впечатляет: новая структура улучшает ионную проводимость до десяти раз, сохраняя при этом механическую стабильность и негорючесть. Материал остаётся прочным, но при этом эффективно пропускает ионы лития — именно то, что нужно для реальных батарей.
«Блок-сополимеры — это удивительное сочетание химии и самоорганизации, — отмечает Адотей. — Даже небольшое изменение в химическом составе может сильно повлиять на то, как материал организуется и работает».
Исследование опубликовано в журнале Macromolecules.
