Создание электролитов для аккумуляторов — компонентов, переносящих заряженные частицы между двумя клеммами аккумулятора — всегда было компромиссом. Твердотельные неорганические электролиты перемещают частицы чрезвычайно эффективно, но будучи твердыми и неорганическими, они также хрупкие, с ними трудно работать и их трудно соединить бесшовно с клеммами.
Полимерные электролиты — мечта для работы, но они просто не перемещают заряженные ионы так же хорошо.
Смешивание этих двух компонентов для создания гибридных электролитов дает неоднозначные результаты. «Возникает дилемма. Является ли гибрид лучшим из обоих миров с точки зрения более высокой ионной проводимости неорганики и хороших механических свойств полимера, или это комбинация их худших свойств?» — сказал доцент Чибуезе Аманчукву из Школы молекулярной инженерии имени Притцкера Чикагского университета (UChicago PME).
Новая технология от Amanchukwu Lab создает неорганические и полимерные электролиты одновременно, в одном сосуде.
Этот метод in-situ «one-pot» создает контролируемую, однородную смесь, сочетая проводимость неорганических твердых веществ с гибкостью полимеров.
«При производстве литий-металлических аккумуляторов метод in-situ значительно превосходит метод физического смешивания», — сказал Аманчукву.
Их работа опубликована в журнале «Химия материалов» . Хотя исследование было сосредоточено на электролитах аккумуляторов, новая технология окажет влияние на исследования полупроводников, электронику, промышленные покрытия, герметики и любую другую область, которая зависит от гибридных материалов .
«Допустим, вам нужно что-то, что очень хорошо тянется и может скручиваться и поворачиваться, например, носимая электроника.
Вы можете спроектировать полимер таким образом, чтобы этот материал обладал механической гибкостью», — говорит первый автор Приядаршини Мирмира. Объединение потоков Изготовление гибридных материалов в настоящее время включает два потока синтеза.
Неорганические и полимерные материалы производятся отдельно, даже если оба синтезируются одновременно — тогда требуется дополнительное время для смешивания двух материалов.
Это досадная неприятность в лабораторных условиях, но в масштабах массового производства это является экономическим препятствием, необходимым отрасли. «С промышленной точки зрения, это действительно сложно и дорого пытаться масштабировать», — сказала Мирмира.
«Если вы можете сделать и то, и другое в одном сосуде, вы теперь сокращаете трудозатраты, необходимые для производства гибридного материала».
Смешивание высокотехнологичных синтетических материалов создает те же проблемы, что и смешивание овсянки — комки. Слипшаяся, комковатая смесь означает неэффективные батареи, комковатые герметики и менее полезную электронику.
«Я сделал порошок, керамику, я сделал полимер, давайте я их смешаю», — сказал Аманчукву. «Задача в том: что делает смесь хорошей? Вы хотите хорошего смешивания? Вы не хотите? Агломерируются ли частицы? Не агломерируются ли они?» Команда не только объединила материалы в одном сосуде, но и увидела, как некоторые материалы соединяются химически.
«Для некоторых комбинаций неорганического прекурсора и полимерного прекурсора мы увидели свидетельства сшивания, то есть химической связи между неорганикой и полимером», — сказал Аманчукву.
«Это просто новая химия материалов, которая нас воодушевила».
Множественные приложения В статье основное внимание уделено литиевым батареям, поскольку они наиболее распространены в электромобилях, сетевых накопителях и других приложениях.
Но эта технология может работать и с натриевыми батареями, которые продвигаются как менее дорогая и более распространенная альтернатива литию. «На самом деле, это вопрос замены одного из реагентов в неорганике, чтобы сделать его применимым и для натриевого элемента батареи», — сказал Мирмира.
Масштабирование однореакторного процесса до уровней, необходимых для промышленного производства, потребует «пары различных ручек для настройки», сказал Мирмира.
Процесс должен быть полностью безвоздушным, для начала, обработанным в среде аргона или другого инертного газа. Это легче поддерживать в лаборатории, чем в заводских условиях.
Во-вторых, котел нагревается. Чтобы выйти на промышленные уровни, потребуется точная настройка — сосуд должен нагреться достаточно, чтобы синтезировать полимер, но не настолько, чтобы он превысил температуру деградации материалов.
«Когда вы масштабируете эту реакцию, у вас будет больше материала, сосуд станет еще горячее, по сути», — сказала Мирмира. «Поэтому вам придется беспокоиться о контроле температуры».
Как только эти препятствия будут преодолены, исследования приведут к созданию идеальных, однородных гибридов, созданных экономически и химически эффективным способом. «Такого рода контроль, позволяющий иметь полностью интегрированный неорганический полимерный материал, был задачей, которую мы пытались решить, и довольно крутой результат, которого нам удалось достичь», — сказала Мирмира.
Рубрика: Hi-Tech. Читать весь текст на android-robot.com.