Революция в аккумуляторах: ученые придумали, как достичь невероятной сверхпроводимости

Исследователи из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне (США) разработали пептидные полимерные электролиты, которые демонстрируют превосходную проводимость и стабильность. Эти спиральные полимеры улучшат характеристики твердотельных батарей, сообщает SciТech daily.

Исследователи изучили роль спиральной вторичной структуры в проводимости твердотельных пептидных полимерных электролитов и обнаружили, что спиральная структура демонстрирует значительно повышенную проводимость по сравнению с аналогами "случайной катушки". Они также обнаружили, что более длинные спирали приводят к более высокой проводимости и что спиральная структура увеличивает общую стабильность материала к температуре и напряжению.

Они представили концепцию использования вторичной структуры — спирали — для разработки и улучшения ионной проводимости в твердых материалах. Это та же спираль, которую можно найти в биологических пептидах, однако исследователи используют ее в небиологической среде.

Полимеры имеют тенденцию принимать случайные конфигурации, но основную цепь полимера можно контролировать и создавать спиральную структуру, такую ​​как ДНК. Как следствие, полимер будет иметь макродипольный момент — крупномасштабное разделение положительных и отрицательных зарядов. По длине спирали небольшие дипольные моменты каждой отдельной пептидной единицы складываются, образуя макродиполь, который увеличивает как проводимость, так и диэлектрическую проницаемость (меру способности материалов хранить электрическую энергию) всей структуры и улучшает транспортировку заряда. Чем длиннее пептид, тем выше проводимость спирали.

Спиральные полимеры гораздо более стабильны, чем обычные: спираль представляет собой очень прочную структуру. Ее можно подвергать воздействию высоких температур или напряжению, и это не разрушит ее. Кроме того, поскольку материал состоит из пептидов, его можно разложить обратно на отдельные мономерные единицы с помощью ферментов или кислоты, когда батарея вышла из строя или срок ее службы истек. Исходные материалы можно восстановить и повторно использовать после процесса разделения, что снижает его воздействие на окружающую среду.