Смартфоны, которые можно сложить, недавно появились на рынке. Тенденция продолжается в сторону складных и гибких экранов. Задача в области электроники велика, и один компонент, в частности, сложен и не изгибается: батарея. Исследователи из ETH Zurich разработали тонкопленочную батарею в виде сэндвича, которую можно скручивать, сгибать и растягивать, что идеально подходит для складных электронных устройств будущего. Подробности были опубликованы в разделе «Дополнительные материалы».
Литий-ионный аккумулятор из гибких компонентов
Команда под руководством профессора ETH Маркуса Нидербергера разработала прототип, ядром которого является электролит. Электролит является частью батареи, через которую ионы лития должны двигаться во время зарядки и энтеральных процессов. Сэндвич-структура новой батареи основана на коммерческих батареях. Впервые, однако, исследователи использовали только гибкие компоненты, чтобы держать батарею в целом гибкой и растягивающейся. «Никто никогда не использовал гибкие компоненты для производства литий-ионного аккумулятора так же стабильно, как у нас», - говорит директор по исследованиям Маркус Нидербергер.
Картинная галерея
Два токосъемника для анода и катода выполнены из растягиваемого пластика, который содержит электропроводящий углерод. Это тоже внешняя оболочка. Тонкий слой крошечных серебряных хлопьев был нанесен на внутреннюю поверхность пластика. Благодаря подобной плитке конструкции они не теряют контакта, даже когда пластик сильно растягивается. Это гарантирует проводимость токосъемника, даже если он растянут слишком сильно. Если серебряные чешуйки тем не менее теряют контакт друг с другом, электрический ток течет через углеродсодержащий пластик, хотя и слабее.
Прототип еще не полностью разработан
Используя маску, ученые распыляли анодный или катодный порошок на слой серебра в точно ограниченной области. Катодный порошок содержит оксид лития-марганца, анод-оксид ванадия. Отделенные разделяющим слоем, который напоминает рамку рисунка, ученые наконец поместили два токосъемника с наложенными друг на друга электродами и заполнили зазор в рамке электролитическим гелем. Руководитель проекта Niederberger подчеркивает, что гель является более экологически чистым, чем предыдущие: «Электролитные жидкости в современных батареях токсичны и огнеопасны.» Используемые здесь основаны на воде.
Подсказка для семинара
Семинар «Аккумуляторы - основы и применение» обучает необходимым технико-экономическим основам доступных аккумуляторных технологий.
Прототип еще не полностью разработан: исследователи в настоящее время используют клей для склеивания различных компонентов, но в долгосрочной перспективе это не удержит. «Если мы хотим коммерциализировать аккумулятор, нам нужно найти другой процесс, чтобы он оставался герметичным в долгосрочной перспективе», - сказал Нидербергер. Нагрузка на электродный материал также должна быть увеличена, прежде чем можно будет рассмотреть вопрос о коммерциализации.
Приложения от раскладных дисплеев до функционального текстиля
Различные виды применения будут возможны с растягивающимися батареями. От гибких дисплеев, которые уже используются, до сменных экранов компьютеров, умных часов и планшетов или функционального текстиля, содержащего гибкую электронику. Преимущество, если батарея протекает: жидкость не наносит ущерба.
Электронная промышленность все больше полагается на компьютеры или смартфоны со складными или раскладными экранами. Портативные мини-устройства или датчики используются, например, в умной одежде для контроля функций тела. Однако все эти устройства требуют источника энергии, и обычно это литий-ионный аккумулятор. Только: такие батареи тяжелые и жесткие и поэтому в принципе не подходят для применения в гибких электронных устройствах или текстиле.