Создан морозостойкий электролит для суперконденсаторов, выдерживающий удары молотком и 5000 циклов работы

Исследователи из южнокорейского университета POSTECH создали инновационный гидрогелевый электролит для эластичных суперконденсаторов. Разработка не теряет мягкости и высокой ионной проводимости на сильном морозе до -20 °C, а также эффективно гасит механические импульсы. Итоги научной работы обнародованы в авторитетном издании Chemical Engineering Journal.

Суперконденсаторы славятся способностью мгновенно аккумулировать и отдавать большие объемы энергии. Они незаменимы для портативной медтехники, гибких сенсоров и мягких роботов, нуждающихся в миниатюрных источниках питания, способных выдерживать постоянные деформации и нагрузки.

Традиционно для этих целей применяют гидрогели — полимерные сетки с высоким содержанием воды. Тем не менее, при отрицательных температурах влага кристаллизуется, превращая материал в хрупкую и твердую субстанцию, где блокируется движение ионов. Попытки укрепить полимерный каркас обычно приводят к ухудшению электропроводности.

Команда под руководством профессора Ким Ён Су нашла изящный выход, сформировав в структуре единого гидрогеля две независимые зоны. Специалисты объединили гидрофильные и гидрофобные мономеры в водной среде с добавлением глиняных наночастиц. В итоге получился прочный каркас из полимера и глины, рассеивающий кинетическую энергию ударов, который дополнен водными микроканалами для беспрепятственной миграции ионов. Для защиты от замерзания материал обработали концентрированным раствором литиевого хлорида.

Эксперименты показали впечатляющие результаты: новинка превзошла стандартный образец по сопротивлению разрыву примерно в 21 раз, а ее ионная проводимость увеличилась в 2,4 раза. Даже при -20 °C разработка не утратила гибкости и проводимости.

Проверку на ударопрочность проводили, сбрасывая стальной молоток с полутора дециметров высоты. На морозе обычное стекло и образцы со стандартным замерзшим гелем мгновенно разрушались, тогда как разработка POSTECH стоически выдержала серию ударов.

Собранный на базе этого электролита накопитель стабильно функционировал при сильном изгибе в 180 градусов в условиях двадцатиградусного мороза. Спустя 5000 рабочих циклов зарядки-разрядки он сохранил свыше 91,6% эксплуатационных свойств. Более того, батарея из пяти соединенных суперконденсаторов успешно питала светодиод прямо в момент удара молотком.

Подобные технологические решения открывают широкие перспективы для создания гибких гаджетов, умной одежды и автономной мягкой робототехники, способной бесперебойно работать в экстремальных условиях.

Источник: iXBT