В двух новых исследованиях, опубликованных в журналах ACS Energy Letters и Energy & Environmental Science , ученые из Саудовской Аравии совершили прорыв, который может увеличить мощность и снизить стоимость литий-металлических аккумуляторов за счет включения в конструкцию нейлона.

Наряду с низким уровнем выбросов углекислого газа литиевые батареи имеют высокую плотность энергии и легче других батарей. Вот почему они используются в смартфонах, которые достаточно малы, чтобы поместиться в кармане, и в легкой, крошечной электронике, которая позволила нам путешествовать в космос.

Литиевые батареи бывают двух типов. Литий-ионные батареи более распространены в продаже и используются в ноутбуках, смартфонах и других бытовых товарах. Литий-металлические батареи, с другой стороны, более энергоемки и имеют более широкое применение в робототехнике, транспорте и других отраслях. Мешают литий-металлическим батареям реализовать свой полный потенциал их безопасность и долговечность. Их производство и эксплуатация в настоящее время связаны с едкими, опасными материалами и приводят к слишком большому количеству паразитных реакций, которые являются побочными реакциями, приводящими к снижению производительности и безопасности.

Добавки помогают стабилизировать интерфейсы батареи, тем самым повышая производительность. Исследования ученых KAUST показали, что нейлон, тот же полимер, который используется в одежде, может быть растворен в слабом растворе лития, чтобы действовать как добавка для литий-металлических батарей. Результатом стали литий-металлические батареи, которые были более эффективными, имели более длительный срок службы и показали меньше паразитных реакций.

Таким образом, изучая химию взаимодействия нейлона и лития, включая ключевые молекулярные связи, исследование показывает, что коммерческую ткань можно растворять в гораздо более мягких растворителях, чем считалось ранее, что обеспечивает превосходную производительность аккумулятора.

«Полимеры всегда было трудно растворять в обычных электролитах для аккумуляторов. Мы провели интенсивное исследование химических свойств и модифицировали структуру сольватации и взаимодействия», — объяснил Чжимин Чжао, научный сотрудник Научного университета короля Абдаллы (KAUST), который является автором исследования.

«Моя исследовательская группа занимается разработкой решений в области возобновляемой энергии и хранения, таких как более высокая плотность энергии и более безопасные батареи для ускорения внедрения декарбонизации в Королевстве. Это открытие обещает более дешевые и безопасные добавки и демонстрирует преимущества фундаментальных научных исследований», — сказал профессор KAUST и председатель Центра передового опыта KAUST по возобновляемым источникам энергии и технологиям хранения (CREST) ​​Хусам Альшариф, который руководил двумя исследованиями.