Электролитный прорыв: в США заставили ионы лития «бегать» в миллиарды раз быстрее

Мир десятилетиями ждёт твёрдотельные аккумуляторы, которые не взрываются, имеют большую плотность энергии и заряжаются за считанные минуты. Проблема в том, что ионы в твердых материалах обычно чувствуют себя как в пробках в пятницу вечером. Однако учёные из Ок-Риджской национальной лаборатории (Oak Ridge National Laboratory, ORNL), подчинённой Министерству энергетики США, похоже, нашли способ открыть для них «выделенную полосу».

Главная претензия к современным литий-ионным батареям — их жидкое содержимое. Оно легко воспламеняется, что превращает любое серьезное повреждение аккумулятора в пиротехническое шоу. Твёрдотельные аналоги должны быть безопаснее, но они упираются в стену физики: ионам лития очень трудно пробираться сквозь плотную кристаллическую или аморфную решётку твёрдого тела.

Обычно исследователи выбирают между хрупкой керамикой, которая хорошо проводит заряд, но трескается при первой возможности, и гибкими полимерами, которые живут долго, но проводят ионы с быстротой ленивой улитки. Команда ORNL решила не выбирать, а создать что-то принципиально новое — полимерный материал, который сочетает пластичность с феноменальной проводимостью.

Ключом к успеху стала точная манипуляция структурой на молекулярном уровне. Исследователи смешали литиевую соль с полимером и добавили туда специфические молекулярные группы — биполярные ионы (цвиттер-ион). Эти группы создают внутри материала зоны с высокой полярностью, которые учёные называют «ионными карманами».

При правильной концентрации эти карманы не просто существуют сами по себе, а соединяются в разветвленную сеть каналов. Внутри этих туннелей ионы лития могут двигаться в миллиарды раз быстрее, чем смещается сама структура полимера. Это фактически снимает ограничения,