Исследователи из Португалии и Испании нашли способ сделать литий-ионные аккумуляторы безопаснее и долговечнее. Вместо жидкого токсичного электролита, который может воспламениться, они создали твёрдый полимерный материал с помощью 3D-печати. Главный секрет — замена вредного растворителя на обычный ацетон.
Современные батареи в телефонах, ноутбуках и электромобилях работают на жидком электролите. Он эффективен, но токсичен и огнеопасен. Ученые давно ищут замену — твердые полимеры, которые одновременно прочны и хорошо проводят ток. Но проблема в том, что для их производства часто нужны агрессивные химикаты.
Португальские и испанские химики применили 3D-печать методом прямого выдавливания. Это позволяет придавать электролиту точную форму, улучшая контакт между компонентами батареи. В печатную смесь они добавили фторированный полимер, ионную жидкость для повышения проводимости и цеолит для стабильности структуры. Но самое важное — они заменили токсичный диметилформамид на три более безопасных вещества: ацетон, диметилсульфоксид и N-метил-2-пирролидон.
Оказалось, что выбор растворителя решающим образом влияет на свойства готового материала. Лучше всех показал себя ацетон. Он быстро испаряется при печати благодаря низкой температуре кипения, и полимерная структура получается более упорядоченной. В результате электролит, напечатанный с ацетоном, продемонстрировал самую высокую ионную проводимость — ионы лития двигались внутри него быстрее и эффективнее.
Чтобы проверить материал в деле, учёные собрали опытные батареи. Аккумуляторы с ацетоновым электролитом сохранили около 90% емкости после 60 циклов зарядки-разрядки. Их удельная емкость достигла 135 миллиампер-часов на грамм. Образцы с другими растворителями работали хуже из-за менее стабильной структуры и плохого контакта внутри батареи.
Практическая польза очевидна: 3D-печать позволяет создавать аккумуляторы любой формы, с высокой безопасностью и длительным сроком службы. Это важный шаг к созданию твердотельных батарей, которые не боятся перегрева и ударов, а использование ацетона вместо токсичных веществ делает производство более экологичным.
Источник: Global Energy
Изображение: Global Energy
