Настоящите литиеви батерии са изложени на риск от запалване, ако се повредят, проблем, който при новата разработка го няма. Освен това създадената от изследователите батерия може да се разтяга, огъва и дори частично да се унищожава без последствия.
Предишните разработки в тази област не можеха да се похвалят с дълъг експлоатационен живот и голям брой цикли на зареждане. Батерията Berkeley преодоля тези и други ограничения, демонстрирайки способността си да издържи най-малко 500 цикъла на зареждане. Съвременните масово произвеждани литиево-йонни батерии издържат приблизително същия брой цикли на зареждане.
В процеса на създаване на батерията, която е устойчива на груби физически въздействия, изследователите решават два основни проблема. Първо, батерията не трябва да съдържа токсични материали. Второ, структурата на електролита трябва да може сама да поддържа формата си - ако това определение е подходящо за електролит под формата на "желе". Учените изпълниха и двете задачи, въпреки че не всичко се получи перфектно.
"Модерните батерии изискват твърда обвивка, тъй като електролитът, използван в тях, е експлозивен. Искахме да създадем батерия, която може да се използва безопасно без твърда опаковка, обясняват учените. — За съжаление, гъвкавата опаковка, направена от полимери или други еластични материали, може лесно да позволи на въздух или вода да премине през тях, които ще реагират със стандартните електролити, генерирайки много топлина и потенциално причинявайки пожари и експлозии. Ето защо в 2017 г. започнахме да експериментираме с квазитвърди хидрогелни електролити.“
Тъй като няма готово решение, изследователите опитват много съединения, преди да постигнат образуването на надеждни молекулни връзки в електролита, като същевременно поддържат приемлива йонна проводимост. По-специално, вече е възможно да се повиши работното напрежение на батерията до 3 V и дори малко по-високо, докато предишните квазитвърди хидрогелни електролити ограничаваха този индикатор до ниво от около 1.2 V, което е недостатъчно за практическа употреба.
Новият електролит се основава на така наречените цвитерионни полимери – клас макромолекули, съдържащи както положително, така и отрицателно заредени групи в главната или страничните вериги. Тези заряди са разположени близо един до друг и често се неутрализират взаимно, образувайки молекули с обща електрическа неутралност. В батериите този полимер използва своята „положителна страна“, за да се свърже с водните молекули, и своя отрицателен заряд, за да привлече литиеви йони.
Експериментите показват, че меката хидрогелна батерия абсорбира само 19% от влагата от въздуха при 50% влажност. Това позволява на батерията да работи при напрежение от 3.1 V. Два забележителни недостатъка на новата батерия са по-бързата загуба на капацитет - до 60% от първоначалното ниво след 500 цикъла на зареждане (докато съвременните батерии губят не повече от 20%), както и ниската плътност на съхранената енергия, възлизаща само на около 10% от нивото на съвременните батерии.
Но новата мека батерия в гъвкава полимерна опаковка може да бъде огъната, усукана, пробита и дори нарязана без последствия. Тя дори се възстановява от "порязвания" - въпреки че това изисква да бъде изпечен в специална камера. Учените са уверени, че новопридобитите свойства ще помогнат за създаването на по-безопасна електроника – от роботика до носими устройства. Освен това характеристиките на батерията все още могат да бъдат подобрени. Това е само въпрос на време и допълнителни научни изследвания.
