В поисках аккумуляторов, которые обеспечивают большую мощность и работают более безопасно, исследователи работают над заменой для жидкостей, обычно используемых в современных литий-ионных аккумуляторах, твердыми материалами. Теперь исследовательская группа из Университета Брауна и Университета Мэриленда разработала новый материал для использования в твердотельных батареях, полученный из необычного источника: деревьев.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature, команда демонстрирует твердый ионный проводник, в котором медь сочетается с нанофибриллами целлюлозы — полимерными трубками, полученными из древесины. По словам исследователей, этот тонкий как бумага материал имеет ионную проводимость в 10-100 раз лучше, чем другие полимерные ионные проводники. Его можно использовать либо как твердый электролит батареи, либо как ионопроводящее связующее для катода полностью твердотельной батареи.
Работа электролита — проводить ионы лития между катодом и анодом батареи. Жидкие электролиты работают неплохо, но у них есть недостатки. При высоких токах в электролите могут образовываться крошечные нити металлического лития, называемые дендритами, что приводит к коротким замыканиям.
Твердые электролиты могут предотвращать проникновение дендритов и могут быть изготовлены из негорючих материалов. Большинство исследованных твердых электролитов представляют собой керамические материалы, которые отлично проводят ионы, но при этом они толстые, жесткие и хрупкие. Напряжения во время производства, а также зарядки и разрядки могут привести к трещинам и поломкам. Однако материал, представленный в этом исследовании, тонкий и гибкий, почти как лист бумаги, а его ионная проводимость не уступает керамике.
Помимо работы в качестве твердого электролита, новый материал также может выступать в качестве связующего катода для твердотельной батареи. Исследователи надеются, что новый материал может стать шагом на пути вывода технологии твердотельных батарей на массовый рынок.