Drewniany elektrolit dla baterii nowej generacji oferuje rekordową przewodność

Nowoczesne baterie litowe zazwyczaj wykorzystują ciekły elektrolit do przenoszenia jonów pomiędzy dwoma elektrodami, ale naukowcy badający alternatywne rozwiązania w postaci ciał stałych odkryli kilka ekscytujących możliwości. Wśród nich są autorzy nowej pracy, którzy wykorzystali celulozę pochodzącą z drewna jako podstawę jednego z takich stałych elektrolitów. Ma on grubość papieru i może się zginać i rozginać w odpowiedzi na cykle pracy baterii.

Jakie są wady nowoczesnych akumulatorów

Jedną z wad elektrolitów stosowanych w nowoczesnych akumulatorach litowych jest to, że zawierają one lotne ciecze, które niosą ze sobą ryzyko pożaru w przypadku zwarcia. Elektrolity stałe natomiast mogą być wykonane z materiałów niepalnych, sprawiają, że urządzenie jest mniej podatne na tworzenie się dendrytów i mogą otworzyć zupełnie nowe możliwości dla architektury baterii.

Wiele z opracowanych do tej pory elektrolitów stałych zostało wykonanych z materiałów ceramicznych, które są bardzo wydajne w przewodzeniu jonów, ale ze względu na swoją kruchość nie są zbyt dobrze przenoszone podczas ładowania i rozładowywania. Naukowcy z Brown University i University of Maryland szukali alternatywy i jako punkt wyjścia wykorzystali nanowłókna celulozy występujące w drewnie.

Co sugerują naukowcy

Te polimerowe rurki z drewna zostały połączone z miedzią w celu stworzenia stałego przewodnika jonowego, który ma przewodnictwo zbliżone do ceramicznego i jest 10-100 razy lepszy niż inne polimerowe przewodniki jonowe. Według zespołu, dzieje się tak, ponieważ dodatek miedzi tworzy przestrzeń pomiędzy łańcuchami polimerów celulozy, tworząc "super drogi jonowe", które pozwalają jonom litu przemieszczać się z rekordową wydajnością.

A ponieważ materiał jest cienki i elastyczny, naukowcy wierzą, że będzie lepiej znosił obciążenia związane z cyklem pracy baterii. Twierdzą również, że ma stabilność elektrochemiczną, co pozwala na anody litowo-metalowe i katody wysokiego napięcia, lub może działać jako materiał wiążący, który obejmuje ultra-grubych katod w wysokiej gęstości baterii.

Źródło: brown.edu, nature, newatlas

Ilustracja: Danilo Alvesd