Исследователи из FAMU-FSU College of Engineering изучили, как ведут себя смеси полимеров, и обнаружили важные закономерности, которые помогут быстрее создавать новые материалы для аккумуляторов, мембран и систем хранения энергии. Они работали с двумя полимерами: полиэтиленоксидом (PEO) и заряженным полимером p5. Оказалось, что даже небольшой электрический зарез кардинально меняет их взаимодействие.

Когда в смеси было много PEO и немного p5, вещества расслаивались. Но стоило увеличить долю p5 — и они начинали равномерно смешиваться. Эти наблюдения подтвердили ранее разработанные теоретические модели, которые предсказывают, при каких условиях полимеры остаются однородными, а когда разделяются.

Подробности опубликованы в издании Macromolecules.

Если мы поймем, как эти полимеры сочетаются, то сможем создавать более стабильные и эффективные материалы, — объясняет соавтор исследования Дэниел Халлинан.

Его коллега Майкл Патрик Блатт добавляет:

Теперь у нас есть уравнения, которые ускорят поиск новых электролитов — мы сможем сразу отбрасывать неподходящие комбинации, не тратя время на их синтез.

Почему это важно

Такие смеси критичны для разработки твердотельных аккумуляторов — безопасной альтернативы традиционным литиевым батареям. Они не содержат легковоспламеняющихся жидкостей и могут стать основой для более мощных и долговечных источников энергии.

Твердотельный аккумулятор — батарея, где вместо жидкого электролита используется твердый материал (полимеры или керамика). Он не течет, не воспламеняется и позволяет увеличить емкость, но пока дорог в производстве.

Представьте, что вы переходите от керосиновой лампы к свече, — говорит Халлинан. — Свеча проще, безопаснее и надежнее. То же самое с новыми батареями.

Сейчас команда работает над созданием гибких электролитных мембран в сотрудничестве с Oak Ridge National Laboratory.

Следующий шаг — заменить нейтральный связующий материал на проводящий полимерный электролит, чтобы ионы свободно перемещались по всей структуре.

Этот труд дает практический инструмент для материаловедов: теперь можно заранее предсказать, какие полимерные смеси будут стабильными, а какие нет.

Это ускорит разработку:

• Более безопасных аккумуляторов для электромобилей и гаджетов.
• Гибких мембран для фильтрации и энергоносителей.
• Композитных электролитов, где сочетаются мягкие полимеры и твердые неорганические материалы.

Особенно ценно, что теория подтверждена экспериментом — значит, инженеры могут сразу применять эти данные.

Исследование ограничено лабораторными условиями: смеси тестировали в чистом виде, без добавок, которые используются в реальных батареях. Также неясно, как поведение полимеров изменится при масштабировании — иногда на производстве возникают эффекты, незаметные в малых образцах.

Ранее ученые разработали пористый материал для батарей, который даст им второе дыхание.