В новой статье, вышедшей 11 марта в журнале Nature Energy, группа инженеров Корнелльского университета предложила усовершенствованную конструкцию твёрдых батарей. Эти устройства не только имеют более высокую энергоемкость, но и по своей природе более безопасны для эксплуатации, чем сегодняшние литий-ионные элементы, в которых используются легковоспламеняемые жидкие электролиты.

Несмотря на ощутимые преимущества твёрдотельных батарей, попытки промышленности производить их в больших масштабах натолкнулись на проблемы, в числе которых не последнее место занимают плохие межфазные свойства предыдущих решений.

«В стакане, полном кубиков льда, некоторые из них касаются стекла, но имеются зазоры, — образно описывает проблему один из участников исследования. — Но если вы заполните стакан водой и заморозите её, интерфейсы будут полностью покрыты, и вы установите прочную связь между твердой поверхностью стекла и его жидким содержимым».

В качестве стартовой точки авторы использовали жидкий электролит, который переводили в твёрдое состояние непосредственно внутри электрохимического элемента. Для инициации процесса полимеризации в электролит добавляли особые молекулы.

Если в качестве электролита выступает циклический эфир, инициатор разрывает кольца, создавая реактивные мономеры. Они легко объединяются вместе, в результате чего образуются молекулярные цепочки с теми же химическими свойствами, что и у исходного эфира.

Такой твёрдый полимер сохраняет плотное соединение с металлическими интерфейсами, обеспечивая полноценный перенос ионов без использования огнеопасной жидкости.

Как подчёркивают авторы, их изобретение особенно интересно тем, что применимо как к существующим, так и к будущим технологиям перезаряжаемых металлических батарей, делая их безопаснее, удлиняя срок эксплуатации и улучшая характеристики перезарядки.