Naukowcy opracowali akumulator litowo-jonowy, który jest w pełni rozciągliwy, wykorzystując warstwę elektrolitu zdolną do rozszerzania się o 5000% i utrzymującą pojemność ładowania przez prawie 70 cykli ładowania/rozładowania. (Koncepcja artysty.) Źródło: SciTechDaily.com
Nowo opracowany, rozciągliwy akumulator litowo-jonowy skutecznie przechowuje ładunek po 70 cyklach i rozszerza się do 5000%. Ta innowacja zaspokaja rosnące zapotrzebowanie na baterie w elektronice ubieralnej, zapewniając elastyczność i trwałość.
Myśląc o baterii, prawdopodobnie nie myślisz o czymś rozciągliwym. Jednak baterie będą wymagały tej zmiany kształtu, aby zostać włączone do elastycznej elektroniki, która zyskuje na popularności w urządzeniach do noszenia na ciele. Teraz badacze z Listy energetyczne ACS zgłosili akumulator litowo-jonowy z całkowicie rozciągliwymi elementami, w tym warstwą elektrolitu, który może rozszerzać się o 5000% i który zachowuje swoją zdolność magazynowania ładunku po prawie 70 cyklach ładowania/rozładowania.
Postęp w elastycznej elektronice
Elektronika, która wygina się i rozciąga, wymaga baterii o podobnych właściwościach. Większość badaczy, którzy próbowali zbudować takie baterie, stworzyła je z tkanej tkaniny przewodzącej lub sztywnych elementów złożonych w rozszerzalne kształty, podobne do origami. Jednak w przypadku prawdziwie plastycznego akumulatora każda część – elektrody gromadzące ładunek i środkowa warstwa elektrolitu równoważąca ładunek – musi być elastyczna.
Jak dotąd prawdziwie rozciągliwe prototypy akumulatorów charakteryzują się umiarkowaną elastycznością, skomplikowanymi procesami montażu lub ograniczoną zdolnością magazynowania energii, zwłaszcza w czasie przy wielokrotnym ładowaniu i rozładowywaniu. To ostatnie może wynikać ze słabego połączenia warstwy elektrolitu z elektrodami lub niestabilności płynnego elektrolitu, który może przemieszczać się, gdy akumulator zmienia kształt. Zamiast więc używać cieczy, Wen-Yong Lai i współpracownicy chcieli włączyć elektrolit do warstwy polimeru stopionej pomiędzy dwiema elastycznymi foliami elektrod, aby stworzyć całkowicie solidny, rozciągliwy akumulator.
Ten akumulator litowo-jonowy ma całkowicie rozciągliwe elementy i stabilną zdolność ładowania i rozładowywania w czasie. Źródło: Na podstawie ACS Energy Letters 2024, DOI: 10.1021/acsenergylett.4c01254
Opracowywanie w pełni elastycznych akumulatorów
Aby wytworzyć elektrody do w pełni elastycznego akumulatora, zespół nałożył na płytkę cienką warstwę pasty przewodzącej zawierającej nanodruty srebra, sadzę oraz materiały katodowe lub anodowe na bazie litu. Następnie na wierzch pasty nałożono warstwę polidimetylosiloksanu, elastycznego materiału powszechnie stosowanego w soczewkach kontaktowych. Bezpośrednio na tę folię naukowcy dodali sól litową, wysoce przewodzącą ciecz oraz składniki potrzebne do wytworzenia rozciągliwego polimeru.
Po aktywacji światłem składniki te łączą się, tworząc stałą, gumowatą warstwę zdolną do rozciągnięcia do 5000% swojej pierwotnej długości i zdolną do transportu jonów litu. Na koniec stos pokryto kolejną folią elektrodową, a całe urządzenie zabezpieczono powłoką ochronną.
Zwiększona wydajność i stabilność
Porównując solidną, rozciągliwą konstrukcję akumulatora z podobnym urządzeniem z tradycyjnym ciekłym elektrolitem, nowa wersja miała około sześciokrotnie większą średnią pojemność ładowania przy szybkim tempie ładowania. Podobnie, akumulator lity utrzymywał bardziej stabilną pojemność podczas pracy podczas 67 cykli ładowania i rozładowywania. W innych prototypach wykonanych z elektrodami stałymi elektrolit polimerowy działał stabilnie przez 1000 cykli, a pojemność spadła o 1% w ciągu pierwszych 30 cykli w porównaniu do spadku o 16% w przypadku elektrolitu ciekłego.
Nadal należy wprowadzić ulepszenia, ale ten nowy sposób tworzenia w pełni rozciągliwych, solidnych baterii może być obiecującym krokiem naprzód w dziedzinie urządzeń do noszenia lub wszczepialnych, które wyginają się i poruszają wraz z ciałem.
Odniesienie: „Elastyczne elektrolity polimerowe zintegrowane z elektrodami przenoszonymi przez polimeryzację in situ w celu uzyskania rozciągliwych akumulatorów” 17, lipiec 2024 r., Listy energetyczne ACS.
DOI: 10.1021/acsenergylett.4c01254
Autorzy potwierdzają finansowanie z Narodowego Kluczowego Programu Badań i Rozwoju Chin; Chińska Narodowa Fundacja Nauk Przyrodniczych; Fundacja Nauk Przyrodniczych prowincji Jiangsu; Założenie Kluczowej Elastycznej Elektroniki Laboratoryjnej prowincji Zhejiang; Program dla profesora specjalnie mianowanego w Jiangsu; NUPT „Projekt 1311” i Fundacja Naukowa; Chińska Fundacja Nauki Podoktorskiej; Projekt Państwowego Kluczowego Laboratorium Elektroniki Organicznej i Wyświetlaczy Informacyjnych, NJUPT; oraz Fundacja Nauk Przyrodniczych NJUPT.
