Новий літій-іонний акумулятор може не тільки витримувати розтягування і скручування, але й може бути проколоти голками й розрізаний навпіл лезами для гоління, а потім відновлюватися, щоб продовжувати забезпечувати живлення пристрою.
Натільна електроніка, м'які роботи та інші пристрої могли б виграти від м'яких літій-іонних акумуляторів, що розтягуються. Однак більшість комерційних літій-іонних акумуляторів герметично запечатані в жорсткі корпуси, щоб не допустити попадання вологи, яка може погіршити їх роботу, і запобігти витоку токсичних і легкозаймистих електролітів.
Попередні дослідження вивчали акумулятори, що розтягуються, в яких в ролі електролітів використовувалися гідрогелі. При використанні води як розчинника ці гідрогелеві акумулятори виявилися негорючими й менш чутливими до вологи, ніж комерційні літій-іонні акумулятори. Однак попередні пристрої страждали від низки обмежень. Деякі з них виявилися стабільними лише за відносно низьких напруг. Інші залежали від токсичних дорогих сполук, що містять фтор.
У новому дослідженні, що було опубліковане в журналі Science Advances, дослідники розробили новий літій-іонний акумулятор на водній основі з гідрогелем, який не містить фтору. "Багато матеріалів, які ми використовували, нестандартні для звичайних літій-іонних акумуляторів", - говорить Пейшен Хе, науковий співробітник з машинобудування в Каліфорнійському університеті в Берклі. «Ми подолали ці труднощі, навчаючись з невдалих випробувань, створюючи й постійно вдосконалюючи протоколи виготовлення та тестування».
Попередні акумулятори, що розтягуються, виявилися міцними, витримуючи скручування і навіть удари молотком. Новий акумулятор демонструє інший рівень міцності, не лише витримуючи розтягування, скручування та складання, але й безперервно живлячи світловипромінювач навіть при багаторазовому проколюванні голками. Крім того, «акумулятор можна розрізати навпіл, зібрати та він самовідновиться, зберігаючи понад 90 відсотків своєї місткості», — каже співавтор Лівей Лінь, професор машинобудування в університеті Каліфорнії в Берклі.
Новий міцний літій-іонний акумулятор на основі гідрогелю
Новий акумулятор виявився стабільним до 3,11 вольта. Попередні гідрогелеві акумулятори були стабільними лише до 1,23 вольта. Щобільше, протягом місяця він стабільно працював понад 500 циклів зарядки та розрядки, в середньому розряджаючи 95 відсотків отриманого електричного заряду.
"Інтеграція наших батарей у браслет розумного годинника може багаторазово збільшити місткість батареї годинника, так що підзарядка може знадобитися тільки раз на тиждень або рідше", - каже співавтор Анджу Тур, доцент кафедри матеріалознавства та інженерії Технологічного інституту Джорджії.
Вчені попереджають, що місткість енергії їх батареї складає всього близько однієї десятої від місткості літій-іонних батарей на ринку, тому є над чим попрацювати, — каже Хе. "Ми очікуємо, що оптимізація структури електродів високої місткості та хімії електроліту ще більше покращить місткість енергії в майбутньому".
З усім тим, «навіть без цих покращень поточного прототипу було б достатньо, щоб замінити полімерну батарею наручного розумного годинника, щоб забезпечити додаткову потужність», - говорить Лін.
За словами Тура, зараз дослідники намагаються перенести цю технологію з лабораторного виробництва у високопродуктивне виробництво промислового рівня за допомогою рулонного процесу.
