Исследователи из FAMU-FSU College of Engineering обнаружили, что даже небольшое количество заряда в полимерных смесях может радикально изменить их свойства.

Это открытие ускорит создание новых материалов для аккумуляторов, мембран и систем хранения энергии.

Результаты опубликованы в издании Macromolecules.

Ученые изучали смеси полиэтиленоксида (PEO) и заряженного полимера p5.

Оказалось, что если добавить в PEO немного p5, смесь расслаивается. Но если увеличить долю p5, компоненты равномерно соединяются.

Эти наблюдения подтвердили теоретическую модель, которая предсказывает поведение полимеров при разных температурах и составах.

Что это значит

• Аккумуляторы станут безопаснее — твердотельные батареи без горючих жидкостей заменят традиционные литиевые.
• Материалы будут создавать быстрее — теперь можно заранее вычислять, какие полимерные смеси окажутся стабильными, а какие нет.

Раньше мы действовали методом проб и ошибок, а теперь у нас есть инструмент для точного прогнозирования, — объясняет Майкл Блатт, соавтор исследования.

Почему это важно

Современные технологии упираются в ограничения батарей. Смартфоны, электромобили, дроны и космические зонды требуют более емких и безопасных источников энергии. Следующий шаг — создание гибких полимерных электролитов, которые позволят ионам свободно перемещаться внутри аккумулятора.

Главная ценность работы — в подтверждении модели, которая экономит время и ресурсы. Раньше подбор полимерных смесей напоминал лотерею: ученые синтезировали материал, тестировали его и только потом понимали, подходит он или нет. Теперь можно заранее рассчитать, как поведет себя комбинация PEO и p5 при разных условиях. Это ускорит разработку:

• твердотельных батарей  (меньше возгораний, выше энергоемкость);
• гибких электролитов для тонких и легких аккумуляторов;
• мембран для фильтрации и топливных элементов.

Особенно выиграют отрасли, где критична безопасность — например, авиация и медицина.

Твердотельный аккумулятор — батарея, где вместо жидкого электролита используется твердый материал (полимер или керамика). Он не течет, не воспламеняется и позволяет делать батареи компактнее.

Исследование проводилось на ограниченном наборе полимеров (PEO и p5). Не факт, что та же модель сработает для более сложных смесей с добавками металлов или керамики. Кроме того, эксперименты проходили в лабораторных условиях — как поведут себя материалы в реальных батареях под нагрузкой, пока неясно.

Ранее ученые прокачали твердотельные батареи, смешав электролиты.