Команда, возглавляемая профессором Ульрихом Визнером, предложила отказаться от структуры из анода и катода по разным сторонам непроводящего разделителя. Вместо этого ученые решили объединить компоненты в самособирающуюся, трехмерную спиральную структуру с тысячами наномерных пор, заполненных элементами, необходимыми для хранения и доставки энергии.
«Это – революционная архитектура для батарей», — сказал Визнер.
Проект представлен в Energy and Environmental Science. «Структура устраняет все потери от мертвого объема в устройстве, — сказал профессор Визнер. – Что важнее, сжатие взаимопроникающих элементов до наномерных размеров, дает на несколько порядков большую удельную мощность. То есть, батарея заряжается за секунды после включения кабеля в сеть».
Архитектура концепции основана на самосборке блочных сополимеров, которые группа Визнера уже несколько лет внедряет в другие устройства, включая спиральную солнечную панель и полупроводник. Материал создает тонкую гироидальную углеродную пленку, анод аккумулятора. В нем присутствуют тысячи периодических пор, шириной 40 нм. Они покрыты слоем (10 нм) электроизолирующего, но ионпроводящего разделителя, нанесенного путем электрополимеризации. Материал создает свободный от микроотверстий сепарирующий слой. Это – важный аспект. Дефекты, вроде отверстий, могут привести к катастрофическим поломкам с последствиями, вроде возгорания устройства. В качестве катодного материала используется сера. Она вносится в таком количестве, чтобы не до конца заполнить оставшееся пространство пор. Сера может принимать электроны, но не проводит электричество. Так что последним шагом становится внесение электропроводящего полимера, известного как поли [3,4-этилендиокситиофен] (PEDOT).
Архитектура доказала работоспособность концепции, но, признает Визнер, она имеет свои недостатки. Так, изменения объема в процессе зарядки и разрядки ведут к распаду PEDOT под действием сжатия и раздутия серы.
Авторы надеются усовершенствовать процесс и устранить недостатки.
Читайте самые интересные истории ЭлектроВестей в Telegram и Viber
