Створено гнучкий акумуляторний матеріал, який працює навіть за морозу до -20 °C

Новий гідрогелевий електроліт здатний розтягуватися до дев’яти разів від своєї початкової довжини та зберігає працездатність навіть за температури -20 °C.

Головну проблему гнучкої електроніки вдалося подолати

Однією з найскладніших перепон для розвитку носимої електроніки тривалий час залишалися джерела живлення. Гідрогелеві електроліти добре проводять іони та легко деформуються, однак за сильних механічних навантажень швидко пошкоджуються. Додатковою проблемою є вода у їхньому складі, яка замерзає на холоді та погіршує властивості матеріалу.

Команда науковців із Університету Сонгюнгван (SKKU) запропонувала рішення, що дозволяє усунути одразу обидва недоліки. Новий матеріал вирізняється високою стійкістю до розтягування та не втрачає ключових характеристик за мінусових температур.

Рідкий метал спростив виробництво

Для створення електроліту дослідники використали частинки рідкого металу, отримані методом ультразвукового дроблення. Вони виконували роль ініціаторів полімеризації, завдяки чому вдалося відмовитися від традиційних методів обробки з нагріванням та ультрафіолетовим опроміненням.

Такий підхід не лише спрощує технологічний процес, а й може зробити масове виробництво подібних матеріалів значно доступнішим у майбутньому.

Ключові особливості нової розробки

• розтягування до 900% без руйнування структури;
• збереження працездатності за температури до -20 °C;
• висока стійкість до багаторазових деформацій;
• спрощений процес виготовлення без нагрівання та УФ-обробки.

Матеріал здатний відновлювати свою структуру

Високу міцність гідрогелю забезпечує додавання стеарилметакрилату. Ця речовина формує систему зворотних зв’язків між полімерними ланцюгами. Під час розтягування такі зв’язки тимчасово розриваються, а після зняття навантаження знову відновлюються.

Завдяки цьому матеріал витримує подовження до 900% від початкового розміру, зберігаючи цілісність і робочі характеристики навіть після значних деформацій.

Морозостійкість забезпечив хлорид літію

Щоб підвищити стійкість до холоду, дослідники додатково обробили гідрогель розчином хлориду літію. Така обробка знизила температуру замерзання води всередині матеріалу, що дозволило зберегти гнучкість і стабільну іонну провідність за мінусових температур.

У результаті електроліт продовжує ефективно працювати в умовах, у яких більшість аналогічних матеріалів втрачають свої властивості.

Понад 45 тисяч циклів із мінімальною втратою ємності

Під час випробувань накопичувачі енергії на основі нового гідрогелю продемонстрували вражаючу довговічність. Після 45 тисяч циклів заряджання та розряджання вони зберегли близько 98% початкової ємності.

Цей показник суттєво перевищує результати багатьох сучасних рішень, які використовуються в носимій електроніці.

За словами авторів дослідження, технологія може стати основою для нового покоління гнучких акумуляторів. Такі джерела живлення знайдуть застосування в смарт-годинниках, медичних сенсорах, електронному текстилі та інших пристроях, яким необхідна стабільна робота за постійних згинань, розтягування та низьких температур.