Hi-Tech В России создали «самозаживающий» гибкий источник тока для нательных устройств

[TaLLeR43]

Может ли аккумулятор стать гибким, безопасным и «самовосстанавливающимся»? Сибирские ученые сделали еще один шаг к созданию «источников тока будущего».

В Новосибирске разрабатывают материалы для нового поколения безопасных и гибких источников тока. Исследователи Института химии твердого тела и механохимии СО РАН создали полимерный электролит на основе полиуретана, который сохраняет форму, проводит ионы лития и способен восстанавливать свои свойства после высыхания. Результаты работы опубликованы в Journal of Polymer Science.

Когда гибкость становится плюсом​

В основе разработки лежит полиуретановая матрица, которая впитывает раствор проводящей соли, удерживает его внутри своей структуры и при этом остается эластичной. В результате получается материал в виде гибкой пленки, не растекающейся и не теряющей форму, тогда как ионы внутри продолжают свободно перемещаться.
По словам старшего научного сотрудника института Ольги Подгорновой, работа начинается с подбора состава электролита, после чего ученые собирают миниатюрное устройство и проверяют, насколько эффективно оно накапливает и отдает заряд. Если результаты оказываются успешными, разработку переводят на этап создания более совершенных прототипов.
В отличие от широко применяемых сегодня жидких электролитов, новый материал не вытекает при повреждении корпуса, что снижает риск короткого замыкания и возгорания. При этом он сохраняет жидкую фазу внутри полимерной структуры, благодаря чему эффективно переносит ионы лития.

Материал, который возвращается к работе​

Одной из наиболее интересных особенностей разработки стала способность электролита восстанавливать работоспособность после полного высыхания. Исследователи обнаружили, что полиуретановая пленка не разрушается при потере растворителя. После повторного контакта с раствором проводящей соли она вновь набухает и возвращает ионную проводимость. Такое свойство делает материал перспективным для создания долговечных и ремонтопригодных устройств.
Эффективность нового электролита проверили в симметричной электрохимической ячейке. Испытания показали, что после тысячи последовательных циклов заряда и разряда система сохраняет до 80 % первоначальной емкости. По словам исследователей, этот результат станет отправной точкой для дальнейшей оптимизации материала.
Разработчики отмечают, что одной из главных задач остается поиск баланса между высокой проводимостью и эластичностью. Избыток соли ухудшает гибкость материала, а ее недостаток снижает эффективность переноса заряда. Кроме того, важно подобрать состав, пригодный не только для лабораторных экспериментов, но и для промышленного производства и последующего применения.

В перспективе такие полимерные электролиты могут использоваться в носимой электронике — умных браслетах, медицинских сенсорах и других устройствах, которые крепятся непосредственно на кожу. Сейчас работа находится на стадии лабораторных прототипов. Следующим этапом станут испытания на устойчивость к изгибам, растяжению и другим механическим нагрузкам.

Материал может долго удерживать растворитель, а затем после высыхания снова включаться в работу, если вернуть его в электролит. Это показывает, насколько устойчивой может быть внутренняя структура полимерной матрицы.
Ольга Подгорнова
первый автор исследования, к. х. н.

Батареи для нательных девайсов​

Полимерные электролиты считаются одним из наиболее перспективных направлений развития твердотельных источников тока, поскольку способны сочетать безопасность твердых материалов с высокой ионной проводимостью, характерной для жидких электролитов.

Носимая электроника остается одним из самых быстрорастущих направлений современной электроники. Для таких устройств особенно важны гибкость, безопасность и устойчивость к многократным деформациям, поэтому разработка новых полимерных электролитов вызывает большой интерес у исследователей во всем мире.