Учёные Китайской академии наук создали ультратонкую мембрану для энергонакопителей нового поколения

Китайские учёные разработали сверхтонкую полимерную мембрану, способную значительно повысить эффективность систем хранения энергии нового поколения. Толщина материала составляет всего 2,7 мкм — тоньше человеческого волоса — при этом он демонстрирует высокую проводимость и селективность, что делает его перспективным для применения в энергетических устройствах.

Работа исследовательской группы под руководством профессора Ли Сяньфэн из Китайская академия наук была опубликована в журнале National Science Review.

Учёные сосредоточились на процессе получения пористых полимерных мембран методом фазового разделения, вызванного нерастворителем (NIPS). Этот метод широко используется в промышленности уже более 60 лет, однако механизм формирования сложной микроструктуры оставался недостаточно изученным, что ограничивало возможность точного проектирования материалов.

Для решения этой проблемы исследователи создали специальную наблюдательную ячейку, позволившую визуально разделить процессы образования различных типов пор — макропустот и клеточных микропор. Это дало возможность впервые детально проанализировать их формирование и управлять структурой материала.

Эксперименты показали, что макропоры возникают из-за гидродинамической нестабильности на границе раздела фаз, и их рост можно контролировать изменением геометрии этой границы. В то же время образование клеточных пор определяется термодинамическими процессами, что позволило создать модель, связывающую их плотность с физическими параметрами системы.

На основе полученных данных команда устранила влияние макропустот, мешавших анализу, и выявила ключевую связь между кинетикой формирования мембраны и диффузией растворителя и нерастворителя. Это позволило перейти к рациональному проектированию структуры материала.

В результате была создана самонесущая ультратонкая мембрана, которая показала высокую эффективность при испытаниях в ванадиевой проточной батарее. Энергетическая эффективность устройства превысила 80% при плотности тока 220 мА/см².

По словам авторов, разработка открывает новые возможности для создания мембран с заданными свойствами и может ускорить развитие технологий накопления энергии.