Механические нагрузки больше не проблема: корейские ученые представляют новый электролит. Источник: AI
Развитие гибкой электроники, мягкой робототехники и медицинских датчиков напрямую зависит от создания надежных и устойчивых к деформациям источников питания. Исследователи из южнокорейского университета POSTECH (Похангский университет науки и технологий) объявили о разработке инновационного гидрогелевого электролита для суперконденсаторов, способного сохранять функциональность в условиях низких температур и при значительных механических нагрузках.
Преодоление ограничений традиционных гидрогелей
Традиционные гидрогели, представляющие собой полимерную сетку с удерживаемой в ней водой, демонстрируют отличную ионную проводимость. Однако их основным недостатком является утрата рабочих характеристик при температурах ниже 0 °C, когда вода замерзает, делая материал хрупким и неспособным к ионному транспорту. Предыдущие попытки уплотнения структуры для повышения прочности часто негативно сказывались на электрохимических свойствах.
Команда профессора Ким Ён Су (Kim Yong-su) решила эту проблему, разработав гидрогель с двухзонной структурой. Путем смешивания гидрофильных и гидрофобных мономеров с наночастицами глины в водной среде удалось создать прочный полимерный каркас, который эффективно поглощает механические напряжения. Внутри этой структуры формируются специализированные водные каналы, обеспечивающие беспрепятственное движение ионов. Для предотвращения замерзания воды электролит пропитали раствором хлорида лития, что позволило сохранить его гибкость и проводимость при отрицательных температурах.
Схематическое изображение исследования гидрогелевого электролита. Иллюстрация: POSTECH
Высокая устойчивость и сохранение характеристик
Экспериментальные данные подтвердили выдающиеся свойства нового материала. По сравнению с обычными гидрогелями, разработанный электролит показал 21-кратное увеличение устойчивости к разрывам и 2,4-кратное улучшение ионной проводимости. Важным достижением является сохранение мягкости и гибкости материала даже при температуре -20 °C.
Для оценки механической прочности был проведен тест с использованием стального молотка, сбрасываемого с высоты 15 см. В то время как стандартные гидрогели и стекло разрушались, новый материал выдержал многократные удары без потери целостности. Суперконденсатор, использующий данный электролит, продолжал функционировать даже при сгибе на 180 градусов. Это согласуется с ранее высказанными в 2023 году мнениями исследователей о необходимости уделять внимание механической стабильности гибкой электроники наравне с ее химическими показателями.
Долговечность устройства также впечатляет: после 5000 циклов заряда/разряда суперконденсатор сохранил более 91,6% своих первоначальных характеристик. Демонстрация работоспособности включала сборку из пяти таких суперконденсаторов, которая успешно зажгла светодиод сразу после воздействия молотком. POSTECH продолжает активно развивать инновационные решения в области материаловедения, о чем свидетельствует также совместная работа с Samsung в 2025 году по созданию металинз для XR-гарнитур.