Новый силиконовый электролит поможет создавать мягкие батареи для медицинских имплантатов
Исследователи из Швейцарии разработали тянущийся полимерный электролит на основе силикона, который может стать ключом к созданию более совершенных и безопасных твердотельных аккумуляторов. Новая разработка принадлежит ученым из Лаборатории функциональных полимеров исследовательского института Empa.
Главная особенность этого электролита заключается в его физических свойствах: в отличие от большинства твердых аналогов, которые являются жесткими и хрупкими, новый материал остается мягким и эластичным. Это открывает перспективы для его использования не только в традиционных источниках питания, но и в гибких батареях, например, для медицинских имплантатов.
Исходным материалом для разработки послужил полисилоксан, более известный как силикон. Перед учеными стояла серьезная задача: сам по себе силикон является неполярным соединением, что означает его неспособность растворять заряженные частицы — ионы, необходимые для работы батареи. Команде под руководством Дорины Опрыс удалось модифицировать полимер, присоединив к его основной цепи функциональные группы. Это превратило силикон в хороший проводник ионов, полностью сохранив при этом его ценные эластичные свойства.
«Современные батареи для медицинских имплантатов, таких как кардиостимуляторы, обычно жесткие и доставляют пациентам дискомфорт, — пояснила Дорина Опрыс. — Наш полимер может выступать не только в роли электролита, но и служить связующим материалом для катода».
В настоящее время исследователи тестируют новый материал в различных прототипах батарей, включая таблеточные элементы. В будущем возможно создание полностью мягких аккумуляторов. Как отмечает сотрудник Empa Кан Циммерли, гибкость полимера позволяет комбинировать его с разными активными материалами катода, что делает технологию применимой для широкого спектра задач.
Помимо безопасности и гибкости, разработка имеет и другие преимущества. Материал можно перерабатывать в тонкие пленки толщиной всего в несколько микрометров, а сам процесс производства масштабируем. По словам Опрыс, при промышленном выпуске такой электролит окажется дешевле традиционных твердых полимерных аналогов.
Ученые важность твердотельных батарей в целом. В обычных литиевых аккумуляторах используется легковоспламеняющийся жидкий электролит, что создает риски. Замена его на твердое вещество не только повышает безопасность, но и позволяет применять более эффективные материалы для электродов, например, чистый литий на аноде. Это потенциально дает возможность значительно увеличить плотность энергии и объем хранимого электричества, что критически важно для всего спектра устройств — от электромобилей до портативной электроники.
Сейчас команда исследователей работает над дальнейшим улучшением ионной проводимости своего силиконового электролита и параллельно ищет промышленного партнера для начала коммерциализации технологии.