Соединив две искривленных молекулярных структуры, исследователи из США создали пористый кристалл, поглощающий литий-ионный электролит и аккуратно транспортирующий его по одномерному наноразмерному каналу. Такая конструкция продемонстрировала рекордно высокий показатель проводимости кристалла для твердотельных батарей - более безопасных, чем литий-ионные аккумуляторы с жидким электролитом.
Разработчикам нового метода, ученым из Корнеллского университета пришла в голову идея использовать для транспорта ионов в твердотельном электролите пористый кристалл. Для того, чтобы кристалл мог удерживать высокую концентрацию ионов, но при этом не увеличивалось взаимодействие с ионами лития, они соединили две пористые молекулярные структуры, так называемые макроциклы и макромолекулярные клетки.
Макроциклы - молекулы с кольцами из 12 и более атомов, а макромолекулярные клетки содержат соединения с кольцевой структурой. Созданный учеными кристалл состоит из молекулярной клетки в центре и трех макроциклов, прикрепленных по кругу, как крылья. Вместе их удерживают водородные связи.
Как говорится в пресс-релизе, ионная проводимость кристалла достигает 8,3×10 -4 См/см. Это рекордно высокий показатель для молекулярных твердотельных литий-ионных электролитов.
"Молекулярные клетки и макроциклы известны давно, но то, как использовать уникальную геометрию этих двух молекул, чтобы запустить самосборку новой, более сложной структуры, до сих пор известно не было", - сказал Чжун Ю, руководитель команды.
Открытие ученых не ограничивается, впрочем, литий-ионными батареями. Команда работает над синтезом новых молекул и созданием из этих молекул новых геометрических форм. Потенциальные варианты применения включают сепарацию ионов для очистки воды и производство смешанных структур для биоэлектронных схем и датчиков.
Несмотря на существенный прогресс в разработке традиционных литий-ионных элементов питания, они остаются объемными, тяжелыми и огнеопасными - не лучшее сочетание качеств для наземного или воздушного транспорта. Китайские ученые представили новую технологию твердотельных литиевых батарей, которая обещает сделать аккумуляторы безопасными и очень недорогими.
