Новый электролит POSTECH работает при -20 °C и выдерживает удары

Исследователи из южнокорейского университета POSTECH под руководством профессора Ким Ён Су разработали инновационный электролит на основе гидрогеля для гибких суперконденсаторов. Новый материал способен сохранять мягкость, проводить ионы и эффективно работать при экстремальных температурах до -20 °С, а также выдерживать серьезные механические нагрузки.

• Разработан гидрогелевый электролит для суперконденсаторов, работающий при температуре до -20 °C.
• Материал в 21 раз устойчивее к разрывам и имеет в 2,4 раза большую ионную проводимость.
• После 5000 циклов работы устройство сохраняет 91,6% исходных характеристик.
• Суперконденсаторы выдерживают удары молотком и изгибы на 180 градусов без потери работоспособности.

Инновационная структура гидрогеля Традиционные гидрогели отлично подходят для создания мягких источников питания, однако при отрицательных температурах вода внутри них замерзает. Это приводит к тому, что материал теряет эластичность, становится хрупким, а движение ионов полностью прекращается. Попытки уплотнить полимерную структуру для повышения прочности обычно негативно сказываются на ионной проводимости, создавая инженерный тупик. Чтобы преодолеть это ограничение, южнокорейские ученые применили уникальный подход, разделив внутреннее пространство гидрогеля на две функциональные зоны. Они смешали гидрофильный и гидрофобный мономеры с наночастицами глины в водной среде. Полученный полимерно-глиняный каркас взял на себя задачу поглощения ударов и нагрузок, а специальные водонасыщенные каналы обеспечили свободную миграцию ионов. ## Защита от мороза и результаты испытаний Для предотвращения кристаллизации воды при холоде материал дополнительно пропитали концентрированным раствором хлорида лития. Такая модификация позволила полностью сохранить все рабочие свойства полимера при -20 °C. В ходе лабораторных тестов новый образец продемонстрировал превосходные показатели прочности, оказавшись в 21 раз устойчивее к разрывам по сравнению с контрольными аналогами. Кроме того, ионная проводимость инновационного электролита выросла в 2,4 раза. Проверка ударопрочности проводилась путем сброса стального молотка с пятнадцатисантиметровой высоты при отрицательной температуре. Обычные образцы и традиционные гидрогели разрушались от удара, в то время как новый материал успешно выдержал серию повторных ударов без повреждений. ## Перспективы применения в гибкой электронике Созданные суперконденсаторы показали невероятную стойкость к деформациям: они продолжали стабильно функционировать даже при изгибе на 180 градусов в условиях холода. После проведения 5000 непрерывных циклов зарядки и разрядки устройство сохранило 91,6 процента своей изначальной емкости. Более того, батарея из пяти соединенных суперконденсаторов смогла успешно зажечь светодиод сразу после жесткого удара молотком. Подобные источники питания открывают широкие перспективы для развития индустрии носимых медицинских устройств, гибких датчиков и мягких роботов. Современная робототехника и портативная электроника остро нуждаются в надежных аккумуляторах, способных бесперебойно работать в суровых климатических условиях и при постоянных механических деформациях.