Механічні навантаження не проблема: корейські вчені представляють новий електроліт. Джерело: AI
Розвиток гнучкої електроніки, м'якої робототехніки та медичних датчиків безпосередньо залежить від створення надійних та стійких до деформацій джерел живлення. Дослідники з південнокорейського університету POSTECH (Похангський університет науки та технологій) оголосили про розробку інноваційного гідрогелевого електроліту для суперконденсаторів, здатного зберігати функціональність в умовах низьких температур та при значних механічних навантаженнях.
Подолання обмежень традиційних гідрогелів
Традиційні гідрогелі, що є полімерною сіткою з утримуваною в ній водою, демонструють відмінну іонну провідність. Однак їх основним недоліком є втрата робочих характеристик при температурах нижче 0 ° C, коли вода замерзає, роблячи матеріал тендітним та нездатним до іонного транспорту. Попередні спроби ущільнення структури підвищення міцності часто негативно позначалися на електрохімічних властивостях.
Команда професора Кім Ен Су (Kim Yong-su) вирішила цю проблему, розробивши гідрогель з двозонною структурою. Шляхом змішування гідрофільних та гідрофобних мономерів з наночастинками глини у водному середовищі вдалося створити міцний полімерний каркас, який ефективно поглинає механічну напругу. Усередині цієї структури формуються спеціалізовані водні канали, які забезпечують безперешкодний рух іонів. Для запобігання замерзанню води електроліт просочили розчином хлориду літію, що дозволило зберегти його гнучкість та провідність при негативних температурах.
Схематичне зображення дослідження гідрогелевого електроліту. Ілюстрація: POSTECH
Висока стійкість та збереження характеристик
Експериментальні дані підтвердили визначні властивості нового матеріалу. Порівняно із звичайними гідрогелями, розроблений електроліт показав 21-кратне збільшення стійкості до розривів та 2,4-кратне поліпшення іонної провідності. Важливим досягненням є збереження м'якості та гнучкості матеріалу навіть за температури -20 °C.
Для оцінки механічної міцності було проведено тест із використанням сталевого молотка, що скидається з висоти 15 см. У той час як стандартні гідрогелі та скло руйнувалися, новий матеріал витримав багаторазові удари без втрати цілісності. Суперконденсатор, який використовує цей електроліт, продовжував функціонувати навіть при згині на 180 градусів. Це узгоджується з раніше висловленими у 2023 році думками дослідників щодо необхідності приділяти увагу механічній стабільності гнучкої електроніки нарівні з її хімічними показниками.
Довговічність пристрою також вражає: після 5000 циклів заряду/розряду суперконденсатор зберіг понад 91,6% своїх первісних характеристик. Демонстрація працездатності включала складання з п'яти таких суперконденсаторів, яке успішно запалило світлодіод одразу після дії молотком. POSTECH продовжує активно розвивати інноваційні рішення в галузі матеріалознавства, про що свідчить також спільна робота з Samsung у 2025 році зі створення металінз для XR-гарнітур.