Ученые создали полимерное покрытие для электродов литиевых батарей, которое склеивает мелкие трещины, образующиеся при зарядке-разрядке, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Chemistry.

Исследователи по всему миру бьются над задачей увеличения емкости отрицательных электродов литиевых батарей, чтобы добиться большей производительности и одновременно уменьшить вес. Одно из наиболее перспективных направлений — электроды из кремния, который обладает большой емкостью и при этом эффективно отдает ионы лития при работе батареи.

Но при зарядке-разрядке батарей такие электроды расширяются и сжимаются, отчего материал трескается и разрушается.

«Мы обнаружили, что срок службы кремниевых электродов увеличивается в 10 раз, если они были покрыты самовосстанавливающимся полимером, в котором любые трещины "затягиваются» в течение нескольких часов", — пояснил Чженань Бао (Zhenan Bao) из Стэнфордского университета.

Группа физиков под руководством Бао несколько лет назад создала, а теперь совершенствует искусственную кожу, материал, обладающий свойствами настоящей кожи — гибкостью, прочностью, высокой чувствительностью и способностью к заживлению травм.

Чтобы разработанная ими искусственная кожа могла проводить электричество, они добавили в полимер, из которого она сделана, наночастицы углерода.

Рис. 1. Снимки, сделанные при помощи электронного микроскопа. Слева – трещины в полимере, которые образуются при зарядке батареи. Справа – эти же трещины, частично затянувшиеся спустя 5 часов.

Для того чтобы получить самовосстанавливающийся материал, ученые ослабили некоторые из химических связей в полимере.

В результате материал легко разрывается, но концы молекул по краям трещины притягиваются друг к другу и снова образуют химическую связь, «заживляя» разрывы.

Созданные Бао и его коллегами электроды «переживают» 100 циклов заряда-разряда без существенных потерь. Пока что этого недостаточно, чтобы их можно было использовать на практике — так, для мобильных телефонов батареи должны выдерживать 500 циклов заряда-разряда, а для электромобилей — 3 тысячи.

Однако ученые считают, что в будущем их технология позволит достичь нужных показателей.