Мягкий пористый материал улучшил перенос ионов лития в опытной ячейке
Исследователи Университета Райс (Rice University, Хьюстон) разработали мягкий гибкий металлоорганический каркас (MOF), способный избирательно переносить ионы лития внутри твердотельной аккумуляторной ячейки. Работа опубликована в журнале Chemical Science 30 сентября 2026 года. Разработка, описанная на techxplore.com и Rice News, предлагает принципиально новый взгляд на то, чем должен быть пористый твердотельный электролит.
«MOF-электролиты часто проектируются прежде всего с точки зрения эффективного транспорта ионов. Здесь мы показываем, что механические свойства каркаса также могут быть важной частью дизайна», — сказала первый автор Зина Дериш, аспирант Rice.
Проблема стандартных MOF-электролитов: жёсткость
Металлоорганические каркасы — кристаллические пористые материалы из металлических узлов, связанных органическими молекулами-«мостами» (линкерами), — привлекают внимание как электролиты для твердотельных аккумуляторов. Их упорядоченные каналы нанометрового масштаба могут быть настроены так, чтобы предпочтительно пропускать ионы определённого размера и заряда — в данном случае ионы лития.
Проблема: большинство MOF, исследуемых как электролиты, построены из жёстких ароматических линкеров. При зарядке и разрядке аккумулятора объём электродов меняется; жёсткий электролит плохо компенсирует эти изменения, что приводит к нарушению контакта между электродом и электролитом.
ZnBTCA: гибкий линкер меняет механику
Команда под руководством профессора Сибани Лизы Бисваль разработала материал ZnBTCA — MOF с гибкими молекулярными строительными блоками в отличие от стандартных жёстких ароматических линкеров.
Ключевые свойства ZnBTCA:
- Отрицательно заряженный каркас — естественным образом благоприятствует движению положительно заряженных ионов лития через каналы;
- Гибкие линкеры — делают материал относительно мягким и способным адаптироваться к изменениям объёма электродов;
- Избирательность по литию: после замены натриевых ионов около 95% подвижных ионов, компенсирующих заряд каркаса, составляли ионы лития;
- Транзитное число ионов лития (доля тока, переносимая именно ионами Li⁺) составила около 79% — высокий показатель для MOF-электролитов.
Почти 300 часов работы без короткого замыкания
В эксперименте материал включили в мембрану твёрдого электролита и поместили между двумя литий-металлическими электродами. Ячейка стабильно работала почти 300 часов при постепенном увеличении тока.
В условиях этого опыта короткого замыкания не наблюдали. Это обнадёживающий результат, но он не доказывает, что материал полностью предотвращает рост дендритов или уже пригоден для коммерческих аккумуляторов.
«Механическая гибкость может также стать инструментом проектирования для разработки MOF-электролитов для твердотельных батарей», — констатируют авторы.
Читайте также: Покрытие из оксида магния улучшило твёрдотельные батареи.
Работа остаётся в стадии фундаментального материаловедения: от демонстрации в ячейке до коммерческого твердотельного аккумулятора предстоит значительный путь масштабирования и интеграции. Тем не менее принцип — гибкость как самостоятельный конструктивный параметр MOF-электролита — открывает новое направление в проектировании материалов для твердотельных батарей.
