Синий деним для зеленых батарей: революция в хранении энергии

Будущее чистой энергетики может обрести глубокий синий оттенок. Электромобили и системы накопления энергии, возможно, скоро будут использовать знакомый пигмент из джинсовой ткани.

Исследователи из Университета Конкордии обнаружили, что индиго, натуральный краситель, веками используемый для окрашивания тканей, способен изменить будущее безопасных и экологичных аккумуляторов. В своем исследовании, опубликованном в Nature Communications, команда показала, что это обычное вещество одновременно поддерживает две ключевые реакции внутри твердотельных батарей. Это позволяет аккумулятору удерживать больше энергии, надежно работать в циклах и эффективно функционировать даже при низких температурах.

«Мы были поражены, увидев, что природная молекула может направлять химию аккумулятора, а не нарушать ее», — говорит Ся Ли, ведущий автор исследования и доцент кафедры химической и материаловедческой инженерии. «Индиго помогает аккумулятору работать очень стабильно и предсказуемо. Это важно, если мы хотим, чтобы более экологичные материалы играли роль в будущих энергетических системах».

Тщательно управляемая реакция

Твердотельные батареи используют твердые материалы вместо жидкостей для перемещения ионов лития. Они более безопасны и потенциально могут хранить больше энергии, но сталкиваются с давней проблемой. Органические материалы являются более экологичным и доступным вариантом, но обычно плохо сочетаются с твердыми компонентами внутри этих батарей. Чрезмерное взаимодействие приводит к нестабильности аккумулятора. По этой причине большинство исследователей ищут способы предотвратить эту реакцию.

Данное исследование показывает, что при грамотном управлении реакция между индиго и электролитом может улучшить производительность аккумулятора.

Команда выяснила, что индиго накапливает и высвобождает литий, одновременно мягко активируя твердый электролит, что позволяет ему также накапливать энергию. Это взаимодействие между красителем и электролитом значительно увеличивает общую емкость, далеко за пределы возможностей каждого материала по отдельности.

Кроме того, это позволяет аккумулятору плавно работать при комнатной температуре и даже при минус десяти градусах Цельсия.

Доработка для практического применения

Достижение такой высокой емкости и стабильной работы в холодных условиях — большая редкость для твердотельных батарей, использующих органические материалы.

«Наше исследование демонстрирует одну из самых высоких производительностей, зарегистрированных для этого типа аккумуляторов», — отмечает Цихань Юй, первый автор исследования. «Это предполагает, что природные молекулы, подобные индиго, могут помочь преодолеть давние проблемы совместимости и способствовать созданию более доступных и устойчивых аккумуляторных технологий».

Ли добавляет, что следующий этап работы будет направлен на приближение технологии к реальному использованию. Цель — усовершенствовать реакции внутри аккумулятора, чтобы он оставался стабильным при хранении гораздо больших объемов энергии на малой площади. Это значительно приблизит органические твердотельные батареи к практическому применению.