Вы когда-нибудь пробовали согнуть смартфон? С обычной литий-ионной батареей внутри это заканчивается плохо: жёсткие аккумуляторы при деформации могут воспламениться. Но что, если сама батарея будет… жидкой? Точнее, пастообразной — как зубная паста, только проводящей ток. Её можно растянуть вдвое, напечатать на 3D-принтере любой формы, а внутри неё — не редкоземельные металлы, а токопроводящий пластик и лигнин (то, что остаётся от производства бумаги).
Классические литий-ионные аккумуляторы, обладая высокой энергетической плотностью, демонстрируют жёсткую механическую структуру и при значительных деформациях подвержены внутренним коротким замыканиям с риском возгорания.
Исследовательская группа из Лаборатории органической электроники (LOE) Университета Линчёпинга (Швеция) предложила альтернативную архитектуру: аккумулятор, в котором твёрдые электроды заменены на жидкую (пастообразную) композицию, сохраняющую электрохимическую активность при растяжении до 100% от исходной длины. Результаты работы опубликованы в журнале Science Advances.
Материалы и принцип работы
В качестве активных материалов электродов использованы:
- сопряжённые полимеры – обеспечивают смешанную электронно-ионную проводимость;
- лигнин – побочный продукт целлюлозно-бумажного производства, выступающий в роли стабилизатора и ион-проводящей матрицы.
Выбор лигнина обусловлен его возобновляемостью, низкой стоимостью и способностью к обратимому окислительно-восстановительному взаимодействию с ионами металлов (в перспективе — цинка или марганца). По консистенции электродная масса напоминает зубную пасту, что позволяет наносить её аддитивными методами (3D-печать), формируя батареи практически любой геометрии.
В текущей конфигурации электрохимическая ячейка демонстрирует:
- напряжение ~0,9 В (против 3,7–4,2 В у литий-ионных аналогов);
- циклическую стабильность >500 циклов заряда-разряда без существенной деградации;
- механическую эластичность — сохранение функциональности при двукратном линейном растяжении.
Экологические и экономические аспекты
Отказ от редкоземельных элементов и использование лигнина (крупнотоннажного отхода целлюлозной промышленности) позволяет рассматривать разработку как часть экономики замкнутого цикла. Как отмечает постдок Мохсен Мохаммади, соавтор работы, перепрофилирование лигнина в ценный компонент аккумуляторных систем снижает углеродный след производства и уменьшает зависимость от импортного сырья.
Текущие ограничения и пути развития
Главное ограничение технологии — низкое напряжение единичного элемента. Для практического применения в потребительской электронике требуется либо последовательное соединение нескольких ячеек, либо переход на другие электрохимические пары. В настоящее время группа исследует системы на основе цинка и марганца — распространённых, нетоксичных металлов, способных обеспечить более высокое напряжение и сохранить механическую гибкость.
Дополнительная задача — повышение удельной ёмкости. В опубликованной работе основное внимание уделялось демонстрации механической деформируемости и цикловой стабильности; оптимизация энергетических характеристик заявлена как следующий этап.
Значение для будущих технологий
Разработка шведских учёных представляет собой один из первых примеров аккумулятора, совмещающего:
- жидкую (экструдируемую) архитектуру электродов;
- полную механическую обратимость при деформациях;
- использование биоразлагаемых и вторичных материалов.
Несмотря на то что по удельной энергии и напряжению устройство пока уступает коммерческим литий-ионным батареям, его уникальные механические и технологические свойства открывают ниши, где жёсткие аккумуляторы неприменимы — в частности, в имплантатах с адаптивной формой, растяжимых носимых системах и робототехнике с мягкой кинематикой.
#жидкаябатарея #новаябатарея #гибкиеаккумуляторы #технологиибудущего #наука #LiquidBattery #StretchableBatter
🔹 Присоединяйтесь к Телеграм-каналу – эксклюзивные материалы и обсуждения
🔹 Читайте нас ВКонтакте – актуальные новости и советы от экспертов
Будем рады видеть вас среди наших подписчиков! 💡