Учёные доказали, что нейлон улучшает работу литиевых батарей.
Учёные из Саудовской Аравии совершили значительный прорыв, который может повысить эффективность и снизить стоимость литий-металлических батарей, интегрировав нейлон в их конструкцию. Об этом сообщается в двух новых исследованиях, опубликованных в ACS Energy Letters и Energy & Environmental Science.
Литиевые батареи широко используются благодаря их высокой энергоёмкости, лёгкости и сниженным выбросам углекислого газа. Эти преимущества делают их идеальными для смартфонов, компактной электроники и даже космических технологий.
Существует два основных типа литиевых батарей. Литий-ионные аккумуляторы, наиболее распространённый вариант, питают повседневные устройства, такие как ноутбуки и смартфоны. Литий-металлические батареи обладают ещё большей энергоёмкостью и могут применяться в робототехнике, транспорте и других передовых отраслях. Однако их использование ограничено проблемами безопасности и долговечности. Производство таких батарей связано с агрессивными и опасными материалами, а их работа осложняется паразитными реакциями — нежелательными побочными процессами, снижающими эффективность и безопасность.
Роль нейлона в качестве добавки
Добавки помогают стабилизировать интерфейсы батарей, что повышает их эффективность. В исследованиях учёных из KAUST (Королевский университет науки и технологий имени короля Абдаллы) было обнаружено, что нейлон — тот же полимер, который используется в одежде — можно растворять в мягком литиевом растворе, чтобы использовать его в качестве добавки для литий-металлических батарей. В результате такие батареи стали более эффективными, долговечными и демонстрировали меньше побочных реакций.
Таким образом, изучение химического взаимодействия нейлона и лития, включая ключевые молекулярные связи, показало, что этот коммерческий материал можно растворять в гораздо более мягких растворителях, чем считалось ранее, для улучшения характеристик батарей.
«Полимеры всегда было трудно растворять в обычных электролитах батарей. Мы провели тщательное исследование их химических свойств, изменили структуру сольватации и взаимодействия», — объяснил Жимин Чжао, постдокторант KAUST и автор исследования.
«Моя исследовательская группа стремится разрабатывать решения в области возобновляемой энергии и хранения, такие как батареи с большей энергоёмкостью и повышенной безопасностью, чтобы ускорить внедрение технологий декарбонизации в Королевстве. Это открытие обещает удешевить и обезопасить добавки, а также демонстрирует ценность фундаментальных научных исследований», — отметил профессор KAUST и председатель Центра передовых исследований в области возобновляемой энергии и технологий хранения (CREST) Хусам Альшариф, руководивший обоими исследованиями.