ETH Zurich: исследователи разрабатывают гибкие, растягивающиеся и складывающиеся батареи

Картина: Группа Niederberger, ETH Цюрих

Исследователи из ETH Zurich вокруг профессора по многофункциональным материалам Маркуса Нидербергера разработали аккумулятор, который полностью состоит из мягких материалов и может быть согнут, растянут, скручен и сложен. Это должно послужить основой для более крупных батарей в складных смартфонах и одежде.

Современные литий-ионные аккумуляторы являются жесткими и легко горят при повреждении в результате чрезмерного напряжения, такого как изгиб, что делает их в значительной степени непригодными для использования в предметах одежды и гибких электронных устройствах. Прототип гибкой тонкопленочной батареи от ETH Zurich, с другой стороны, можно сгибать, скручивать и растягивать, не прерывая электропитание.

В основе этой новой батареи лежит гидрогелевый электролит, который является частью батареи, через которую должны проходить ионы лития, когда батарея разряжается или заряжается. Электролит был разработан аспирантом ETH Си Ченом. Сэндвич-дизайн батареи основан на коммерческих батареях, но впервые исследователи использовали только гибкие компоненты, чтобы батарея в целом была гибкой и растягивающейся.

Серебряные хлопья как черепица

Два токосъемника для анода и катода выполнены из эластичного пластика, содержащего электропроводящий углерод. Это одновременно и внешняя оболочка. Внутри пластика ученые нанесли тонкий слой крошечных серебряных хлопьев. Благодаря расположению серебряных чешуек в форме кровли они не теряют контакт друг с другом, даже если пластик сильно растянут. Это гарантирует проводимость токосъемника, даже когда он сильно растянут. Однако, если серебряные чешуйки теряют контакт друг с другом, электрический ток, хотя и слабее, протекает через углеродистую пластмассу.

Используя маску, исследователи затем распыляли анодный или катодный порошок в точно определенной области на слое серебра. Катодный порошок содержит оксид лития-марганца, анод-оксид ванадия.

картина 1 от 2

Гелевый электролит на водной основе

Отделенные разделительным слоем, подобным картинной рамке, ученые, наконец, поместили два токосъемника с нанесенными электродами друг на друга и заполнили зазор в рамке электролитическим гелем.

Этот гель более экологичен, чем предыдущие, токсичные и легковоспламеняющиеся электролитические жидкости, как подчеркивает Нидербергер. С другой стороны, разработанная аспирантом Си Ченом основывается на воде. Литиевый гель вводится в высокой концентрации в гель, что не только обеспечивает миграцию ионов лития между катодом и анодом во время зарядки и разрядки, но также предотвращает электрохимическое разложение воды.

На практике все еще ощущается нехватка герметичности

За свой прототип ученые объединили различные компоненты с помощью клея. Однако в коммерческой практике этот метод не может быть использован, поскольку не может быть гарантирована долговременная герметичность. Следовательно, для коммерциализации батареи должен быть найден метод, который это обеспечивает. Загрузка материала электрода также должна быть увеличена.