РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Ученые создали эффективные полимерные мембраны для батарей

Используя набор инструментов для поиска новых фармпрепаратов, исследователи смогли создать эффективные полимерные мембраны для аккумуляторов нового поколения.
Ученые создали эффективные полимерные мембраны для батарей
Artem Baskin/Berkeley Lab

Подход, который ученые используют для поиска новых лекарств, помог исследователям разработать селективные мембраны с высокой проницаемостью ионов лития

Селективные мембраны, которые пропускают через себя одни ионы, задерживая другие, являются ключевыми элементами во многих системах. В частности, такие мембраны используются в аккумуляторах для переноса ионов от одного электрода к другому во время заряда и разряда. Чем выше селективность мембраны, тем меньше концентрация «нецелевых» ионов, которые она пропускает. Но с ростом этого показателя у материала понижается проницаемость целевых ионов, что ограничивает мощность и энергоэффективность батареи. 

В новой работе ученые представили полимерную мембрану, поры которой представляют собой молекулярные ловушки, которые удерживают положительно заряженные ионы лития. Эти ловушки состоят из молекул, которые действуют как растворитель: они удерживают ионы лития, как бы растворяя их в себе. Исследователи показали, что такие структуры могут увеличить поток ионов лития через мембрану на порядок по сравнению с используемыми сегодня материалами. 

Мембрана может позволить высоковольтным аккумуляторным элементам заряжаться при более высоких напряжениях и работать более эффективно. Это, в свою очередь, сможет увеличить удобство использования электромобилей и самолетов на электротяге. Чтобы точно определить конструкцию ловушки в мембране, которая сольватировала бы ионы лития, исследователи взяли за основу широко используемый процесс изучения лекарств. 

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Для создания лекарств специалисты обычно применяют большие библиотеки данных, в которых хранится информация о свойствах небольших молекул с различными структурами. Ученые стараются найти молекулу с целевыми свойствами, чтобы синтезировать на ее основе более совершенный препарат. Авторы новой работы выдвинули гипотезу, что, создавая и анализируя большие библиотеки мембран с различными поровыми структурами, можно было бы найти ту структуру, которая позволила бы удерживать ионы лития. Используя этот подход, ученые смогли найти мембрану с такой формой ловушек, которая наиболее эффективно удерживала катионы металла.

Исследование опубликовано в журнале Nature.

Загрузка статьи...