Изследователи създадоха ултратънко полимерно покритие за батерии, което действа като хрущял в човешките стави, абсорбирайки механичното напрежение и предпазвайки крехките компоненти на батерията от постепенно разрушаване.
Разработката беше представена от екип от Хонконгския университет за наука и технологии (HKUST). Технологията е създадена предимно за перспективните литиево-йонни батерии с високо съдържание на никел, които могат да съхраняват много енергия, но имат сериозен проблем с издръжливостта.
По време на зареждане и разреждане, литиевите йони постоянно навлизат и излизат от катодния материал. Това води до лека промяна в обема му, създавайки вътрешно механично напрежение и с течение на времето микропукнатини.
Постепенното разрушаване на катода води до загуба на капацитет и скъсява живота на батерията.
За да решат проблема, изследователите са се обърнали към човешките стави. Хрущялът е способен да се деформира под натоварване и да разпределя налягането по начин, който предпазва костите. Учените са се опитали да пресъздадат подобен механизъм вътре в батерия.
Те са създали слой от полимер с памет на формата, който е дебел само около 14 нанометра. Покритието прониква дори в тесните пролуки между частиците на катодния материал и действа като вид амортисьор.
Вместо да позволява на напрежението да се натрупва в отделните точки и да разрушава материала, полимерът помага за разпределението му между частиците.
Изследователите казват, че технологията позволява на батериите да поддържат висок капацитет дори след хиляди цикли на зареждане и разреждане. Покритието е нанесено както върху катодите на никеловата основа, така и върху търговските LiFePO4 материали.
Екипът вече работи върху разширяването на технологията и планира да произвежда покрити материали в партиди до 1000 кг. Потенциалните приложения включват смартфони, електрически превозни средства, системи за съхранение на енергия в голям мащаб и дори електрически самолети с вертикално излитане.
В бъдеще изследователите искат да тестват подхода и в твърдотелните батерии, където механичните напрежения остават ключов проблем.
Така че, вместо да променят целия химичен състав на батерията, учените предложили да се защитят най-уязвимите ѝ части от механично разрушаване. Ако технологията може да бъде мащабирана, тя би могла да помогне за създаването на батерии с висока енергийна плътност без толкова бързо намаляване на живота им.