Изследователи в областта на гъвкавата електроника постигнаха значителен пробив с разработването на изцяло еластична литиево-йонна батерия. Традиционните батерии са твърди и негъвкави, което ги прави неподходящи за интегриране в гъвкави електронни устройства като носими здравни монитори или мека роботика.

Когато си представите батерия, вероятно не се сещате за еластичен материал. Но за да бъдат интегрирани в гъвкавата електроника, която набира скорост за носими здравни монитори, батериите ще се нуждаят именно от това свойство – да променят формата си. Екип от изследователи, публикувал в ACS Energy Letters, докладва за литиево-йонна батерия с изцяло еластични компоненти, включително слой електролит, който може да се разшири с 5000%. Впечатляващото е, че дори след почти 70 цикъла на зареждане и разреждане, батерията запазва способността си да съхранява заряд.
Гъвкави електроники се нуждаят от гъвкави батерии
Електронните устройства, които се огъват и разтягат, се нуждаят от батерии със сходни свойства. Повечето изследователи, опитали да създадат такива батерии, са използвали тъкани с проводими нишки или твърди компоненти, сгънати в разгъваеми форми, подобно на оригами. Но за наистина еластична батерия, електродите, които събират заряд, и балансиращия заряда среден електролитен слой, трябва да бъде еластичнен. Досега прототипите на наистина еластични батерии имат умерена еластичност, сложни производствени процеси или ограничен капацитет за съхранение на енергия, особено след време с многократно зареждане и разреждане.

Това може да се дължи на слаба връзка между електролитния слой и електродите или нестабилност на течния електролит, който може да се движи, когато батерията променя формата си. Затова, вместо да използват течност, Вен-Йонг Лай и колегите му искат да включат електролита в полимерен слой, слят между два филма на гъвкави електроди, за да създадат напълно солидна, еластична батерия.
За да направят електродите за напълно еластичната батерия, екипът разстила тънък слой проводяща паста, съдържаща сребърни наножички, сажди и литиево-базирани катодни или анодни материали, върху плоча. След това върху пастата се нанася слой от полидиметилсилоксан (PDMS) – гъвкав материал, често използван в контактни лещи. Директно върху този филм изследователите добавят литиева сол, силно проводяща течност и съставки за производството на еластичен полимер.
При активиране със светлина, тези компоненти се комбинират, за да образуват твърд, гумен слой, който може да се разтегне до 5000% от първоначалната си дължина и е способен да транспортира литиеви йони. Накрая, върху подреждането се поставя друг електроден филм и цялото устройство се запечатва в защитно покритие.

В сравнение със сходно устройство с традиционен течен електролит, новата солидна и еластична батерия има около шест пъти по-висок среден капацитет на зареждане при бързо зареждане. Освен това, солидната батерия поддържа по-стабилен капацитет по време на работа през 67 цикъла на зареждане и разреждане. При други прототипи, изработени със солидни електроди, полимерният електролит поддържа стабилна работа над 1000 цикъла, като капацитетът намалява с 1% през първите 30 цикъла, в сравнение със 16% спад за течния електролит.
Все още има подобрения, които трябва да бъдат направени, но този нов начин за създаване на изцяло еластични, солидни батерии може да бъде обещаваща стъпка напред за носими или имплантируеми устройства, които се огъват и движат с тялото.
Четете още на : PowerCo и QuantumScape се споразумяха за производството на твърдотелни батерии.