Течна батерия може да заеме всякаква форма

Използвайки електроди в течно състояние, изследователи от университета в Линшьопинг разработиха батерия, която може да заеме всякаква форма. Тази мека и адаптируема батерия може да се интегрира в бъдещи технологични решения по съвсем различен начин. Проучването е публикувано в журнала Science Advances.
“Текстурата е малко като на паста за зъби. Материалът може например да бъде използван в 3D принтер за оформяне на батерията, както желаете. Това отваря вратата за нов тип технологии”, казва Айман Рахманудин, доцент в университета в Линшьопинг.

Очаква се над трилион устройства да бъдат свързани към интернет след 10 години. В допълнение към традиционни технологии, като мобилни телефони, смарт часовници и компютри, това може да включва носими устройства, като инсулинови помпи, пейсмейкъри, слухови апарати и различни сензори, следящи здравословното състояние, а в дългосрочен план и меки роботи, електронен текстил и свързани нервни импланти.

За да работят тези устройства така, че да не възпрепятстват потребителя, трябва да бъдат разработени нови батерии. “Батериите са най-големият електронен компонент. Днес те са твърди и доста обемисти. Но при наличие на мека и адаптируема батерия, ограниченията в дизайна падат. Тя може да бъде интегрирана в електронни устройства по съвсем различен начин и да бъде адаптирана към потребителя”, подчертава Айман Рахманудин.

Мека и подлежаща на формоване

Заедно с колегите си от Лабораторията по органична електроника, доцентът разработва батерия, която е мека и подлежи на формоване. Ключът се крие в нов подход – преобразуването на електродите от твърда в течна форма.

Предходните опити за производство на меки и разтегливи батерии се основават на различни механични функции, като каучукови композитни материали, които могат да бъдат разтеглени, или съединения, които се приплъзват едно върху друго. Това обаче не разрешава същността на проблема – една голяма батерия има по-висок капацитет, но наличието на повече активни материали означава, че електродите ще са с по-голяма дебелина и съответно – с по-голяма твърдост. “Решихме този проблем и сме първите, които показват, че капацитетът не зависи от твърдостта”, обяснява Рахманудин.

Течни електроди са тествани в миналото, но без особен успех. Използвани са течни метали, като галий. Материалът обаче може да функционира само като анод и има риск да се втвърди по време на зареждане и разреждане, губейки флуидния си характер. В допълнение, много от разтегливите батерии, създавани в миналото, използват редки материали, чийто добив и преработка оказват значително въздействие върху околната среда.

Полимери и лигнин

Изследователите базират своята мека батерия на проводящи пластмаси и лигнин. Батерията може да бъде презаредена и разредена над 500 пъти и все още да поддържа експлоатационните си параметри. Тя също така може да бъде разтеглена двойно и все още да работи добре.
“Суровините за батерията ни са в изобилие. Преобразувайки страничен продукт като лигнина в материал за батерии, ние допринасяме и за кръговия модел. Така че това е и една устойчива алтернатива”, казва Мохсен Мохаммади, един от водещите автори на статията.

Следващата стъпка е да се направи опит да се увеличи електрическото напрежение в батерията. “В момента батерията не е перфектна. Показахме, че концепцията работи, но параметрите й трябва да се подобрят. Напрежението сега е 0,9 V. Затова търсим други химични съединения, които да повишат напрежението. Един от вариантите, които проучваме, е използването на цинк или магнезий”, допълва Айман Рахманудин.