Как работает новый гибкий аккумулятор, который можно сложить и при этом обеспечить питание

Электронная индустрия все больше ориентируется на компьютеры или смартфоны с экранами, которые можно сложить или свернуть. Даже умная одежда использует портативные устройства или датчики для управления функциями тела.

Конечно, все эти устройства нуждаются в источнике питания, которым обычно является литий-ионный аккумулятор.

В то время как коммерческие батареи обычно тяжелые и жесткие, что делает их принципиально непригодными для применения в гибких электронных или текстильных изделиях, ситуация меняется.

Маркус Нидербергер, профессор многофункциональных материалов в ETH Zurich, и его команда создают решение этой проблемы. Исследователи разработали прототип гибкой тонкопленочной батареи, которая может сгибать, растягивать и даже скручивать, не прерывая электропитание.

Что делает эту новую батарею особенной, так это ее электролит. Это та часть батареи, через которую движутся ионы лития, когда батарея заряжается или разряжается. Этот электролит был обнаружен аспирантом ETH Си Ченом, ведущим автором исследования, которое недавно появилось в научном журнале Advanced Materials.

Этот новый тип батареи построен в слоях как сэндвич. Тем не менее, Впервые исследователи используют гибкие компоненты для сохранения гибкости и эластичности аккумулятора. «На сегодняшний день никто не использовал исключительно гибкие компоненты так систематически, как мы при создании литий-ионной батареи», – говорит Нидербергер.

Два токосъемника для анода и катода состоят из гибкого полимерного соединения, которое содержит электропроводящий углерод, а также служит внешней оболочкой. На внутреннюю поверхность соединения исследователи нанесли тонкий слой микронизированной серебряной чешуи.

Благодаря тому, что они перекрывают друг друга, как плитки, они не теряют контакт друг с другом при растяжении эластомера. Это гарантирует проводимость токосъемника, даже если он подвергается сильному растяжению. И в случае, если серебряные чешуйки теряют контакт друг с другом, электрический ток все еще может протекать через углеродсодержащее соединение, хотя и слабее.

С помощью маски исследователи распыляли анодную и катодную пыль на точно определенную область слоя серебра. Катод состоит из оксида лития-марганца, а анод – оксида ванадия.

На последнем этапе ученые сложили два токосъемника с электродами, наложенными друг на друга, разделенными барьерным слоем, подобным рамке изображения, в то время как пространство в рамке было заполнено электролитическим гелем.

Niederberger подчеркивает, что этот гель более экологичен, чем коммерческие электролиты: «Жидкий электролит в современных батареях огнеопасен и токсичен» Напротив, гелевый электролит, разработанный его аспирантом Ченом, содержит воду с высокой концентрацией соли лития, которая не только облегчает поток ионов лития между катодом и анодом во время зарядки или разрядки аккумулятора , но также предотвращает разложение воды электрохимически.

Узнайте последние новости о цифровой экономике, стартапах, финтехе, корпоративных инновациях и блокчейне. НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ