Полимерные 3D-аккумуляторы будут заряжаться за секунды

Исследователи предлагают отказаться от традиционной схемы с катодом, анодом и сепаратором. Ее сможет заменить пористая полимерная структура, скрывающая сотни тысяч наноотверстий, каждое из которых самостоятельно отвечает за сбор энергии, сообщает Science Daily. И каждый из таких миниатюрных аккумуляторов можно зарядить мгновенно.

Открытие принадлежит группе ученых под руководством профессора Корнеллского Университета Ульриха Визнера. Он объясняет, что преимущества новой батареи достигаются за особой структуры используемого полимера. Он называет ее гироидной (Gyroidal). Это структура с минимальной поверхностью и без самопересечений, бесконечно повторяющаяся в трех измерениях. Ее образуют блок-сополимеры, которые принимают упорядоченный гироидный вид благодаря самосборке. Такая форма является максимально эффективной для хранения энергии и использования пространства батареи.

Блок-сополимеры покрыты тысячами мелких пор. И каждую из них можно использовать как отдельный аккумулятор. В результате в разы повышается плотность энергии. Но что более важно, каждый такой нано-аккумулятор можно зарядить мгновенно. Визнер говорит, что зарядка такой батареи произойдет за считанные секунды, возможно даже быстрее. Представьте: вы только подключили устройство к сети, а зарядка уже завершена.

Он уточняет, что взаимпроникающая форма блок-сополимеров в их батареи просто позволяет быстрее получать доступ к каждому элементу, хранящему энергию. Но процесс не ограничивается самосборкой полимера.

Визнер объясняет, что хоть катода и анода в привычном понимании здесь нет, привычная схема повторяется в наномасштабе. Каждая пора, образовавшаяся в полимере после самосборки — это фактически анод. Их размер около 40 нм. Ученые покрывают эти отверстия электроно-изолирующим, но ионопроводящим слоем толщиной 10 нм — это можно считать сепаратором. В качестве анода используют серу. Последняя стадия завершается добавлением электронно-проводящего полимера. В итоге получается безопасная батарея, которую можно зарядить в один миг.