«Освободиться от импорта»: российские учёные создали метод для подбора компонентов литийионных батарей

Российские учёные придумали методику, которая позволит оптимизировать и удешевить разработку полимерных плёнок-сепараторов — одного из основных компонентов литийионных аккумуляторов, которые используются в современной электронике. Авторам работы удалось решить проблему непредсказуемости поведения полимеров в различных растворах, когда одна и та же плёнка могла размягчаться в одной среде и упрочняться в другой. Учёные создали физико-математическую модель для прогноза подобных эффектов. Она позволяет быстро подбирать идеальные пары «полимер — растворитель» при создании литийионных батарей всего по двум параметрам. Ранее для этого требовалось 15 параметров.

• Gettyimages.ru
• © Monty Rakusen

Учёные из Череповецкого государственного университета (ЧГУ) создали методику, которая позволит оптимизировать и удешевить разработку полимерных плёнок — одного из основных компонентов литийионных аккумуляторов. Об этом RT сообщили в пресс-службе Минобрнауки РФ. Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Polymer Materials.

Литийионные аккумуляторы (ЛИА) широко используются в электронике и электротранспорте — для питания смартфонов, ноутбуков, электромобилей и т. д. В аккумуляторах такого типа большую конструктивную роль играют полимерные плёнки-сепараторы — они предотвращают короткое замыкание между анодом и катодом батареи. Такие плёнки должны быть механически надёжными и стабильными в условиях работы батареи, а также выдерживать агрессивное воздействие растворителя, который входит в состав электролита аккумулятора.

• Gettyimages.ru
• © Yagi Studio

Ранее учёные столкнулись с проблемой: синтезированные для применения в аккумуляторах полипропиленовые плёнки вели себя непредсказуемо в различных растворителях.

Было обнаружено, что, с одной стороны, некоторые растворители вызывают заметное снижение механиче­ских свойств (размягчение) сепа­ратора. С другой стороны, исследователи не смогли объяснить, почему в других растворителях сепаратор сохранял механические свойства сухой плёнки или даже улучшал их, то есть происходил так называемый пороэластический эффект.

Учёные долго не могли найти способ предсказывать подобный эффект, усложняющий работу над новыми полимерными плёнками-сепараторами. Кроме того, исследователи хотели выяснить, при каких условиях возникает положительный эффект упрочнения полимерной плёнки в растворителе.

• Gettyimages.ru
• © Li Xin/VCG

Решить эту задачу удалось учёным из лаборатории математического и компьютерного моделирования наноструктур ЧГУ. Исследователи разработали и испытали универсальную модель для быстрого подбора совместимости растворов и полимеров всего по двум дополнительным параметрам: коэффициенту набухания плёнки и показателю взаимодействия Флори — Хаггинса для конкретной пары «полимер — раствор».

Первый параметр измерялся в результате помещения нужного полимера всего в два раствора вместо 15, как приходилось делать химикам прежде. А второй параметр просто рассчитывается, исходя из химического строения полимера и растворителя. За основу новой модели учёные взяли теорию нобелевского лауреата по химии Пола Флори для растворов непористых полимеров.

«Как следствие, этот метод в перспективе даёт возможность реализовать и удешевить отечественное производство ЛИА уже на своём полимерном сырье, освободив его от импорта полипропиленовых плёнок», — пояснил RT сотрудник лаборатории математического и компьютерного моделирования наноструктур ЧГУ Владислав Егоров.

Учёные планируют доработать метод и определить значения параметров для подбора идеальных растворителей для других полимерных плёнок в литийионных аккумуляторах.

Источник