Сверхэластичный водородный электролит: разработка учёных из Южной Кореи
04.06.2026
Исследователи из Университета Сонгюнгван (SKKU, Южная Корея) разработали уникальный водородный электролит. Материал способен растягиваться до 900 % от изначального размера и сохранять работоспособность при отрицательных температурах. Работу провели на факультете химической инженерии под руководством профессора Сонджуна Пака — эксперта в области «мягкой» электроники.
Ключевое преимущество нового гидрогелевого электролита — его эластичность: материал растягивается в девять раз относительно первоначальной длины без потери электрохимических свойств. Кроме того, он остаётся функциональным при температуре до −4 F (−20 C). Важно отметить, что такая комбинация характеристик открывает новые перспективы для носимой электроники и гибких накопителей энергии, особенно в суровых климатических условиях.
Развитие носимой и биоинтегрируемой электроники значительно повысило потребность в гибких энергонакопителях. Они должны выдерживать сгибание, растяжение и неблагоприятные внешние условия, не теряя производительности.
На этом фоне возникает проблема: традиционные гидрогелевые электролиты, несмотря на эластичность и высокую ионную проводимость, обладают недостаточной механической прочностью. Другой аспект касается их низкой морозостойкости — такие материалы замерзают при отрицательных температурах, что серьёзно ограничивает сферу их применения.
Чтобы преодолеть эти ограничения, команда SKKU разработала гидрогелевый электролит с использованием частиц жидких металлов (ЧЖМ) в качестве инициаторов полимеризации. Эти частицы сочетают способность к растеканию с металлическими свойствами, что делает их перспективными для гибкой электроники, мягкой робототехники и доставки лекарств.
Процесс создания включал ультразвуковую обработку: высокочастотные звуковые волны помогли разбить жидкий металл на мелкие частицы. Это запустило полимеризацию акриламида и акриловой кислоты с образованием гидрогеля. Преимущество метода — отсутствие необходимости в тепле, ультрафиолетовом излучении или иных внешних воздействиях, что упрощает масштабирование производства.
В то же время учёные применили стеарилметакрилат (SMA) — гидрофобный материал, формирующий физические поперечные связи между полимерными цепями. Эти обратимые соединения разрушаются под нагрузкой, поглощая энергию, а после её снятия восстанавливаются. Благодаря этому гидрогель приобрёл исключительную прочность и эластичность: испытания показали, что материал способен растягиваться в девять раз (удлинение при разрыве — около 900 %) до момента разрыва.
Для повышения морозостойкости исследователи пропитали гидрогель раствором хлорида лития. Это позволило:
Эксперименты подтвердили преимущества нового электролита перед традиционными гидрогелевыми системами:
Профессор Пак подчеркнул значимость разработки: «Эта работа представляет собой новую стратегию создания гидрогелевых электролитов на основе жидкого металла и обеспечивает жизнеспособную платформу для носимой электроники нового поколения и гибких систем накопления энергии, работающих в экстремальных условиях».
Ключевое преимущество нового гидрогелевого электролита — его эластичность: материал растягивается в девять раз относительно первоначальной длины без потери электрохимических свойств. Кроме того, он остаётся функциональным при температуре до −4 F (−20 C). Важно отметить, что такая комбинация характеристик открывает новые перспективы для носимой электроники и гибких накопителей энергии, особенно в суровых климатических условиях.
Спрос на гибкие системы накопления энергии
Развитие носимой и биоинтегрируемой электроники значительно повысило потребность в гибких энергонакопителях. Они должны выдерживать сгибание, растяжение и неблагоприятные внешние условия, не теряя производительности.
На этом фоне возникает проблема: традиционные гидрогелевые электролиты, несмотря на эластичность и высокую ионную проводимость, обладают недостаточной механической прочностью. Другой аспект касается их низкой морозостойкости — такие материалы замерзают при отрицательных температурах, что серьёзно ограничивает сферу их применения.
Как создали новый гидрогель
Чтобы преодолеть эти ограничения, команда SKKU разработала гидрогелевый электролит с использованием частиц жидких металлов (ЧЖМ) в качестве инициаторов полимеризации. Эти частицы сочетают способность к растеканию с металлическими свойствами, что делает их перспективными для гибкой электроники, мягкой робототехники и доставки лекарств.
Процесс создания включал ультразвуковую обработку: высокочастотные звуковые волны помогли разбить жидкий металл на мелкие частицы. Это запустило полимеризацию акриламида и акриловой кислоты с образованием гидрогеля. Преимущество метода — отсутствие необходимости в тепле, ультрафиолетовом излучении или иных внешних воздействиях, что упрощает масштабирование производства.
Повышение прочности и морозостойкости
В то же время учёные применили стеарилметакрилат (SMA) — гидрофобный материал, формирующий физические поперечные связи между полимерными цепями. Эти обратимые соединения разрушаются под нагрузкой, поглощая энергию, а после её снятия восстанавливаются. Благодаря этому гидрогель приобрёл исключительную прочность и эластичность: испытания показали, что материал способен растягиваться в девять раз (удлинение при разрыве — около 900 %) до момента разрыва.
Для повышения морозостойкости исследователи пропитали гидрогель раствором хлорида лития. Это позволило:
- разорвать водородные связи между молекулами воды;
- предотвратить замерзание;
- сохранить гибкость материала при низких температурах.
Результаты испытаний и перспективы
Эксперименты подтвердили преимущества нового электролита перед традиционными гидрогелевыми системами:
- сохранение ионной проводимости и механических свойств при −4 F;
- поддержание 98 % характеристик после 45 000 циклов зарядки и разрядки.
Профессор Пак подчеркнул значимость разработки: «Эта работа представляет собой новую стратегию создания гидрогелевых электролитов на основе жидкого металла и обеспечивает жизнеспособную платформу для носимой электроники нового поколения и гибких систем накопления энергии, работающих в экстремальных условиях».