В последнее время все больше разговоров ведется на тему электрокаров и других устройств, использующих аккумуляторы в качестве источников питания. В связи с этим создание новых или совершенствование старых аккумуляторов идет полным ходом. Одним из самых заманчивых вариантов является использование полимерных электролитов. Однако у этой технологии есть не только преимущества, но и недостатки.

Ученые из Пхоханского университета науки и технологии (Южная Корея) разработали методику борьбы с низкой ионной проводимостью — одной из основных причин, почему данная технология не так распространена, как могла бы быть. В чем причина низкой ионной проводимости, как удалось ее решить, и какую роль в этом сыграла «мертвая зона»? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Основа исследования

Одним из прорывных открытий, повлиявших на мир электроники, является блок-сополимер. Для начала стоит упомянуть, что сополимеры это полимеры, цепочки молекул которых состоят из двух или более различных структурных звеньев. А блок-сополимеры в свою очередь представляют собой те же сополимеры, но состоящие из блоков с разным составом и строением. За счет такой архитектуры блок-сополимер получает свойства блоков, из которых состоит. В отличие от смеси полимеров, блок-сополимеры отличаются значительно большей устойчивостью между блоками, что предотвращает их расслоение с выделением отдельных компонентов.

С момента создания блок-сополимеров было проведено немало исследований их термодинамики. В результате были установлены параметры взаимодействия Флори–Хаггинса (χ) и объемная доля блока (f), которые являются универсальными факторами, используемыми для определения фазовых диаграмм. Было также установлено, что манипуляции с переменной χ позволяют получить высокоточные наноразмерные морфологии. Следовательно, появилась возможность контролировать процесс синтеза блок-сополимера, тем самым создавая настраиваемую наноструктур или даже иерархическую морфологию.

Недавние эксперименты также выявили уникальные особенности самосборки заряженных блок-сополимеров. В одном из таких трудов было показано, что при наличии электростатических взаимодействий в одном из блоков фазовые границы между упорядоченными морфологиями сильно сдвигаются. Соответственно, даже при наличии малых ионных блоков (fionic block < 0.5) формировались гексагонально упакованные цилиндрические (HEX) структуры с ионными матрицами.

Более того, были открыты сложные трехмерные морфологии (бинепрерывный гироид, гранецентрированная сингония и ромбическая сингония из группы Fddd) из заряженных блок-сополимеров посредством точного контроля межмолекулярных взаимодействий. По словам ученых, это примечательно по двум причинам.

Во-первых, хоть морфология и важна для современных полимерных электролитов с эффективной ионной проводимостью, получить к ней доступ крайне сложно, особенно при наличии электростатических взаимодействий.

Во-вторых, все вышеупомянутые морфологии содержат основные ионные фазы, которые в значительной степени способствуют улучшению ионной проводимости блок-сополимерных электролитов.

Для получения больше контроля над синтезом блок-сополимеров и их свойствами ранее предлагалось использовать ассиметричную упаковку блоков, что позволило взглянуть на проблему под другим углом. Однако на данный момент трудов по асимметрии в блок-сополимерах крайне мало.

Посему в рассматриваемом нами сегодня исследовании ученые решили продемонстрировать, как им удалось достичь стабилизации структуры A15 для заряженных блок-сополимеров посредством контроля электростатических взаимодействий.