Хрящи могут стать ключом к созданию безопасных «структурных батарей»

Москва, 15:17, 11 Янв 2019, редакция FTimes.ru, автор Евгения Ковалева.

Профессор Мичиганского университета выяснил, что колени и аккумуляторы смартфонов имеют несколько схожих потребностей. Это открытие привело к созданию «структурной батареи» с хрящевидным материалом, делающим ее прочной и легко поддающейся формовке.

Идея структурных батарей заключается в хранении энергии в элементах конструкции устройства – крыле беспилотника или бампере автомобиля. Ученые давно пытаются создать такой аккумулятор, но существующие системы оказывались тяжелыми, недолговечными или небезопасными. Это исследование описывает устойчивые к повреждениям цинковые батареи с хрящевидным твердым электролитом, сообщает eurekalert.org. Его результаты представлены в ACS Nano.

Авторы показали, что прототип выдерживает более 100 циклов на 90% мощности и может заменить верхнюю обшивку нескольких коммерческих дронов. Он устойчив к нагрузкам и даже проколам, которые не вызывают потери напряжения или возгорания.

«Структурная батарея должна быть легкой, мощной и безопасной. К несчастью, эти характеристики часто являются взаимоисключающими», — сказал профессор Николас Котов, руководитель проекта.

Для решения этой проблемы исследователи использовали цинк и разветвленные нановолокна, напоминающие коллагеновые элементы хрящей.

«Эта ткань оказалась идеальным прототипом транспортирующих ионы материалов для аккумуляторов. Она имеет удивительные механические свойства и, несмотря на небольшую толщину, очень долго служит. Именно такие свойства требуются твердым электролитам», — сказал Котов.

Цинк не считался перспективным материалом для батарей из-за склонности к росту дендритов. Мембраны, разработанные командой Котова, препятствовали их формированию, одновременно пропуская ионы металла на электроды. Арамидные волокна в ней выступают в роли коллагена, а оксид полиэтилена и соль цинка – мягких компонентов хряща.

В прототипе аккумулятора используются электроды из цинка и оксида марганца – стандартная комбинация для щелочных устройств. Хрящевидные мембраны заменили в них разделитель и электролит. В качестве второстепенных батарей на дронах, элементы могут продлить время полета на 5-25%, в зависимости от размера, веса аппарата и условий. Сейчас авторы анализируют разные пары электродов, ища сочетание, способное ускорить зарядку цинковых устройств.