Korzystając z elektrod w postaci płynnej, naukowcy z Uniwersytetu Linköping opracowali baterię, która może przybierać dowolny kształt. Ta miękka i zgodna z baterią można zintegrować z przyszłymi technologią w zupełnie nowy sposób. Ich badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Science Advances.
„Tekstura jest trochę jak pasta do zębów. Materiał można na przykład użyć w drukarce 3D do kształtowania baterii, jak chcesz. To otwiera się na nowy rodzaj technologii”, mówi Aiman Rahmanudin, adiunkt na Uniwersytecie Linköping.
Szacuje się, że więcej niż bilion gadżetów zostanie połączonych z Internetem za dziesięć lat. Oprócz tradycyjnych technologii, takich jak telefony komórkowe, smartwatche i komputery, może to obejmować noszenie urządzeń medycznych, takich jak pompy insulinowe, rozruszniki serca, aparaty słuchowe i różne czujniki monitorowania zdrowia, a także w długoterminowej miękkiej robotyce, e-textile i implantywach nerwowych.
Jeśli wszystkie te gadżety są do Praca w sposób, który nie utrudnia użytkownikowi, należy opracować nowe typy baterii.
„Baterie są największym elementem całej elektroniki. Dziś są solidne i dość nieporęczne. Ale z miękką i zgodną z baterią nie ma ograniczeń projektowych. Można go zintegrować z elektroniką w zupełnie inny sposób i dostosowywać się do użytkownika”, mówi Aiman Rahmanudin.
Wraz ze swoimi kolegami w laboratorium elektroniki ekologicznej, Loe, opracował baterię miękką i plastyczną. Kluczem było nowe podejście – przekształcanie elektrod z stałego na ciecz.
Poprzednie próby Miękkie i rozciągliwe akumulatory opierają się na różnych rodzajach funkcji mechanicznych, takich jak gumowe materiały kompozytowe, które można rozciągnąć lub połączenia, które się na siebie przesuwają. Ale nie dotyczy to rdzenia problemu – duża bateria ma większą pojemność, ale posiadanie większej liczby materiałów oznacza grubsze elektrody, a tym samym wyższą sztywność.
„Tutaj rozwiązaliśmy ten problem i jesteśmy pierwszymi, którzy pokazali, że pojemność jest niezależna od sztywności”, mówi Aiman Rahmanudin.
Elektrody płynowe były testowane w przeszłości, ale bez wielkiego sukcesu. W tym czasie zastosowano płynne metale, takie jak galu. Ale wtedy materiał może funkcjonować jedynie jako anoda i ma ryzyko zestalić się podczas ładowania i rozładowywania – utraty swojej płynnej natury. Ponadto w wielu wcześniejszych wytworzonych bateriach wykorzystywało rzadkie materiały, które mają duży wpływ na środowisko po wydobyciu i przetworzeniu.
Naukowcy Kampus Liu Norrköping zamiast tego oparł swoją miękką akumulator na przewodzących tworzywach sztucznych (koniugowanych polimerach) i ligninie, produkcie ubocznym z produkcji papieru. Akumulator można ładować i odprowadzać ponad 500 razy i nadal zachować swoją wydajność. Można go również rozciągnąć, aby podwoić długość i nadal działać równie dobrze.
„Ponieważ materiały w akumulatorze są skoniugowanymi polimerami i ligniną, surowce są obfite. Zmieniając przeznaczenie produktu ubocznego, takiego jak lignina w towar o wysokiej wartości, taki jak materiał baterii, który przyczyniamy się do bardziej okrągłego modelu. To jest zrównoważona alternatywa”, mówi Mohsen Mohammadi, studia poadoktorowe w LOE i jeden z głównych autorów w artykule naukowym.
Następnym krokiem jest próba zwiększenia napięcia elektrycznego w akumulatorze. Według Aimana Rahmanudina istnieją obecnie pewne ograniczenia, które muszą pokonać.
„Bateria nie jest idealna. Wykazaliśmy, że koncepcja działa, ale wydajność należy poprawić. Napięcie wynosi obecnie 0,9 wolta. Więc teraz spojrzymy na użycie innych związków chemicznych w celu zwiększenia napięcia. Jedną opcją, którą badamy, jest użycie cynku lub manganu, dwa metale, które są powszechne w skorupie Ziemi, mówi AIMan Rahmanudin.