Гироидная батарея заряжается быстрее, чем вилка вставляется в розетку

Радужные перспективы полной зарядки батарей за секунды сулит инновационная архитектура, в которой анод и катод, разделённые сепаратором, переплетаются в самоорганизующейся гироидной 3D-структуре с нанопорами, заполненными необходимыми элементами для хранения и доставки энергии.

Идея этой архитектуры и первый концептуальный прототип родились в стенах Корнельского университета (штат Нью-Йорк). Авторы — группа профессора Ульриха Вайснера (Ulrich Wiesner) — рассказали о своей работе в статье «Block Copolymer Derived 3-D Interpenetrating Multifunctional Gyroidal Nanohybrid for Electrical Energy Storage», которая размещена в позавчерашнем номере журнала Energy and Environmental Science.

Гироидные плёнки углерода — батарейный анод, генерируемый самоорганизующимися сополимерами — содержат тысячи периодических пор диаметром 40 нм. Эти поры методом электрополимеризации покрывают 10-нанометровой разделительной мембраной, задерживающей электроны, но пропускающей ионы.

Сама природа этого процесса гарантирует отсутствие проколов в сепараторе, способных приводить к катастрофическим авариям с возгоранием смартфонов и ноутбуков.

Следующий шаг это добавление катодного материала — в данном случае, серы — в таком количестве, чтобы не полностью заполнять оставшиеся поры. Поскольку сера может связывать электроны, но не проводит электричество, на завершающем этапе поры заполняются электропроводящим полимером PEDOT.

Такая архитектура позволяет подтвердить, что идея действительно работает, но она ещё не готова для практического использования. Одним из самых серьёзных препятствий является постепенное разрушение зарядового коллектора PEDOT из-за того, что сера испытывает объёмные изменения при зарядке-разрядке, а полимер — нет.

Поэтому группа CU продолжает совершенствовать свою технологию, но уже защитила концептуальный дизайн патентной заявкой.