Інженери з Колумбійського університету розробили літієвий акумулятор, структура якого нагадує хребет. Це забезпечує прекрасну гнучкість, високу щільність енергії і стабільну напругу незалежно від того, як сильно зігнутий або скручений акумулятор.
Розробка гнучкої портативної електроніки набирає популярність: вона вже використовується в багатьох пристроях - розумних годиннику, вигнутих дисплеях смартфонів, планшетів і телевізорів, а також для створення інтелектуальних матеріалів, розумних очок, трансдермальних пластирів і датчиків і багато чого іншого. Зростає попит і на потужні гнучкі акумулятори. До теперішнього моменту вченим не вдавалося отримати літій-іонні акумулятори з високою щільністю енергії і хорошою гнучкістю одночасно.
Наукова група з Колумбійського університету розробила прототип, який схожий на хребет. Така структура забезпечує прекрасну гнучкість без шкоди для інших характеристик акумулятора.
«Щільність енергії нашого прототипу - одна з найвищих серед зареєстрованих на даний момент», - говорить Юань Ян, доцент кафедри прикладної фізики і математики і керівник наукової групи. - «Ми розробили простий і масштабований підхід для виробництва гнучких літій-іонних акумуляторів, які володіють прекрасними електрохімічними і механічними властивостями. Наша розробка - перспективний варіант першого покоління гнучкий літій-іонних акумуляторів. Зараз ми працюємо над дизайном і збільшенням потужності ».
Ян, команда якого вивчає склад і структуру матеріалів акумуляторів, був натхненний рухливістю хребта під час тренування в фітнес-студії. Людський хребет володіє високою гнучкістю і механічною міцністю, оскільки жорсткі хребці з'єднує м'яка тканина. Ян використовував модель структури хребта для створення акумулятора. Його прототип складається з товстих жорстких сегментів, які накопичують енергію і які з'єднані між собою тонкими гнучкими електродами. Така конструкція забезпечує високу гнучкість всього акумулятора.
«Щільність енергії такої гнучкої батареї може становити більше 85% від щільності стандартного акумулятора», - продовжує Ян. - «Завдяки високому вмісту активних матеріалів в загальній структурі наш акумулятор має високу щільність енергії - вище, ніж будь-які відомі нам акумулятори. «Природний» дизайн акумулятора забезпечив успішне проходження динамічних випробувань ».
Команда Яна розрізала звичайні пластини акумуляторних матеріалів на довгі смуги з безліччю гілок, які відходять від «хребта» під кутом 90 °. Ці гілки обертаються навколо «хребта» до утворення товстого стовпа, в якому зберігається енергія. Така схема забезпечує високу щільність енергії (більше 90%), яка обмежена тільки кількістю витків.
Батарея продемонструвала стабільні ємність і профіль напруги незалежно від конфігурації - в скрученому або зігнутому положенні. Після проведення випробування акумулятор був демонтований для аналізу морфологічних змін електродних матеріалів. Було встановлено, що позитивний електрод не пошкоджений - видимих тріщин або відшарування алюмінієвої фольги виявлено не було, що вказує на механічну стабільність акумулятора. Щоб ще раз продемонструвати гнучкість і надійність акумулятора, його скручували і згинали безпосередньо під час розряду - крива напруги при цьому залишилася незмінною.
«Наша модель механічно навіть більш надійна, ніж звичайні акумулятори», - говорить Ян. - «Ми сподіваємося, що наш метод виготовлення літій-іонних акумуляторів дозволить швидше перейти до широкого використання сучасних гнучких пристроїв».
Хочете підписатися на статті електронного журналу "Електрорешенія"?
Хочете підписатися на статті електронного журналу "Електрорешенія"?