Ученые Брауновского университета создали батареи из древесины

В традиционных литиевых батареях используется жидкий электролит. Он переносит ионы от одного электрода к другому, обеспечивая передачу электроэнергии и ее накопление. Себестоимость литиевых батарей  достаточно  высокая, поэтому ученые всего мира пытаются найти им альтернативу. Это удалось сделать сотрудникам Брауновского университета и Университета Мэриленда. Они создали твердотельный электролит, используя для этого нанофибриллированную целлюлозу. Так называют молимерные трубки, полученные из древесины.

В результате был создан материал не толще бумаги, но его проводимость оказалась в 100 раз лучше, чем у других полимерных ионных проводников. Его можно использовать в качестве твердого электролита батареи или ионопроводящего связующего для катода твердотельной батареи. В ходе  испытаний ученые собрали аккумулятор из нанофибрилл и медного проводника и обнаружили, что он обладает рекордно высокой ионной проводимостью. Таких показателей не имеет ни один из всех твердых полимерных электролитов.

Жидкие электролиты имеют один критический недостаток – под воздействием высокого тока в них образуются дендриты – крошечные нити твердого лития, которые часто становятся причиной короткого замыкания. Кроме того, в составе жидких электролитов присутствуют токсичные и легковоспламеняющиеся вещества. У твердых элементов способность образовывать дендриты отсутствует. Горят они намного хуже, но большинство из них обладает повышенной хрупкостью.

Электролит из древесины получился достаточно гибким, поэтому способен выдерживать любые перепады напряжения. По проводимости он ничуть не уступает керамике. В ходе компьютерного моделирования было выявлено, что медь способствует увеличению пространства между цепочками целлюлозного полимера. Благодаря этому ее свойству образуются достаточно широкие «коридоры» для ионов лития. Их перемещение в твердом органическом электролите осуществляется с помощью механизмов, присущих неорганической керамике.

При этом целлюлозные трубки могут выполнять роль связующего катода для твердотельной батареи. Но катоды, чтобы соответствовать емкости анодов, должны быть намного толще их. Однако увеличение толщины может привести к нарушению ионной проводимости и снижению эффективности. Поэтому более толстые катоды следует заключить в ионопроводящую связку.

Ученые утверждают, что использование нового материала в качестве связующего звена позволило создать самый толстый свехпроводимый катод в истории. Они надеются, что благодаря их открытию твердотельные батареи вскоре появятся на массовом рынке. Кроме того, использование материалов, предоставляемых природой, позволит снизить, то воздействие, которое оказывает на окружающую природу производство батарей.