Понедельник, 4 марта, 2024
ДомойТехнологииПриродный прорыв: простой метод увеличивает емкость гибких натрий-ионных батарей

Природный прорыв: простой метод увеличивает емкость гибких натрий-ионных батарей

- Advertisement -

Китайские исследователи значительно улучшили характеристики натрий-ионных аккумуляторов за счет метилирования гидрогелевых электролитов, увеличив их поглощение солей и стабильность. Это достижение не только повышает эффективность этих экологически чистых батарей, но и открывает новые возможности для применения гидрогеля в различных технологиях.

Ученые используют метилирование электролита для улучшения гибких натрий-ионных батарей.

Гибкие водные батареи, обычно используемые в портативной электронике, обычно содержат гидрогелевый электролит, состоящий из воды и соли. Группа исследователей из Китая добилась значительного прогресса в повышении солевой стабильности гидрогелей в натрий-ионных батареях. Они добились этого путем метилирования структурного полимера гидрогеля, что предотвратило высаливание и, в свою очередь, увеличило емкость аккумулятора и его циклическую производительность.

Их выводы были недавно опубликованы в журнале Ангеванде Хеми.

Натрий-ионные аккумуляторы: устойчивая альтернатива

Натрий-ионные аккумуляторы являются многообещающей альтернативой литий-ионным, поскольку они содержат более дешевые и экологически чистые материалы, чем литий-ионные. Однако новые батареи требуют разработки множества новых компонентов, каждый из которых должен быть адаптирован к ионам натрия. Одним из наиболее важных компонентов является электролит, который в случае тонких гибких батарей часто имеет форму гидрогеля. Эти гибкие водосодержащие материалы поглощают растворенные соли натрия и могут проводить ионы.

Несмотря на пригодность гидрогелей, пока нерешенной проблемой является разделение фаз и высаливание при высоких концентрациях солей, необходимых для широкого окна электрохимической стабильности. Гуанглей Цуй и его коллеги из Китайской академии наук в Циндао, Китай, теперь преуспели в модификации гидрогеля для натрий-ионной батареи, чтобы он поглощал значительно больше соли стабильным и безопасным образом.

Чтобы добиться этого, они обратились к методу, также используемому в природе для регулирования связывания воды и солей в крупных биомолекулах: метилированию. В белках метилирование вызывает «кэпирование» амино- и амидных групп, которые становятся менее доступными для молекул воды, играющих роль в сшивании внутри структуры белка и растворении ионов солей.

Влияние метилирования на характеристики гидрогеля

Поскольку полиамидные полимеры, используемые для гидрогелей, также содержат амидные группы, их обширное сшивание через молекулы воды может вызвать высаливание, что приводит к распаду электролита. Имея это в виду, команда сравнила гидрогель, изготовленный из обычного полиамида, с гидрогелем, изготовленным из полиамида с метилированными амидными группами. Последний смог поглотить значительно больше соли, чем исходный вариант. Даже при рекордно высоких концентрациях соли электролит гидрогеля оставался прозрачным и стабильным.

Более высокое содержание соли означает, что диапазон электрохимически пригодного напряжения элемента может быть расширен. Кроме того, команда не заметила никаких признаков распада на электродах, лучшую циклическую стабильность, а собранный аккумуляторный элемент достиг большей емкости, чем неметилированный вариант. В этой системе в качестве токосъемника можно было даже использовать недорогую алюминиевую фольгу.

Авторы предполагают, что простое метилирование полиамида может подойти и для других технологий, например, при разработке лекарств, чтобы сделать гидрогели более устойчивыми к солям и, следовательно, более стабильными.

Ссылка: «Биологический подход к метилированию гидрогелевых электролитов с концентрацией солей для аккумуляторных батарей с длительным сроком службы», авторы: Тинтин Лю, Сяофань Ду, Хань Ву, Юнвэнь Рен, Цзиньчжи Ван, Хао Ван, Чжэн Чен, Цзинвэнь Чжао и Гуанглэй Цуй, 05 сентября 2023 г., Angewandte Chemie, международное издание.
DOI: 10.1002/anie.202311589.

Исследование финансировалось Национальной программой ключевых исследований и разработок Китая, Национальным фондом естественных наук Китая, Фондом естественных наук провинции Шаньдун, Тайшаньским научным фондом провинции Шаньдун, Шаньдунским энергетическим институтом и Китайской академией наук. .

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме