Новые полимерные смеси могут ускорить создание безопасных батарей

Автор: Macromolecules (2025). DOI: 10.1021/acs.macromol.4c03231

Исследователи из FAMU-FSU College of Engineering обнаружили ключевые закономерности в поведении полимерных смесей, которые могут ускорить разработку новых материалов для аккумуляторов, мембран и систем хранения энергии.

Изучая смеси полиэтиленоксида (PEO) и заряженного полимера p5, учёные выяснили, что даже небольшой электрический заряд значительно влияет на их совместимость. Эти наблюдения подтверждают ранее разработанные теоретические модели, предлагая новый подход к прогнозированию поведения полимерных смесей. Результаты исследования опубликованы в журнале Macromolecules.

«Понимание механизмов смешивания этих полимеров критически важно для создания стабильных и функциональных материалов», — пояснил соавтор исследования Дэниел Халлинан, доцент кафедры химического и биомедицинского машиностроения. «Наши данные показывают, что концентрация заряда и электростатическая сила являются ключевыми факторами, влияющими на поведение полимеров».

Эксперименты с разными пропорциями PEO и p5 показали, что при малом содержании p5 смесь разделяется на две фазы, тогда как увеличение доли заряженного полимера приводит к образованию однородного материала. Учёные также определили температурные пороги фазовых переходов, что важно для практического применения.

Образцы полиэтиленоксида (PEO) и полимерной смеси p5 в лаборатории FAMU-FSU College of Engineering. Автор: Scott Holstein/FAMU-FSU College of Engineering

Особую ценность это исследование представляет для разработки твердотельных батарей, где PEO и подобные материалы играют ключевую роль. В отличие от традиционных литий-ионных аккумуляторов с жидким электролитом, твердотельные аналоги безопаснее и эффективнее.

«Это как переход от масляной лампы к свече, — провёл аналогию Халлинан. — Свечи проще в использовании и безопаснее, поэтому они до сих пор есть почти в каждом доме».

Улучшение материалов для литиевых батарей критически важно для современных технологий — от смартфонов до электромобилей и космических зондов. Исследователи сотрудничают с Национальной лабораторией Ок-Ридж, разрабатывая гибкие полимерные мембраны для новых типов электролитов.

Дэниел Халлинан (слева) и Майкл Патрик Блатт с образцами полимеров. Автор: Scott Holstein/FAMU-FSU College of Engineering

Интересный факт: Твердотельные батареи считаются следующим прорывом в энергетике — их плотность энергии может превышать 500 Вт·ч/кг, что в 2-3 раза выше, чем у лучших современных литий-ионных аккумуляторов.

Дополнительная информация: Michael Patrick Blatt et al, Phase Behavior and Thermal Properties of Precision Polyelectrolyte Blends: The Dilute Charge Regime, Macromolecules (2025). DOI: 10.1021/acs.macromol.4c03231