00
Array
(
    [CATEGORIES] => Array
        (
        )

    [FORM_ACTION] => /search/
)

Гибкие литий-ионные аккумуляторы

Гибкие литий-ионные аккумуляторы

Инженеры из Колумбийского университета разработали литиевый аккумулятор, структура которого напоминает позвоночник. Это обеспечивает прекрасную гибкость, высокую плотность энергии и стабильное напряжение независимо от того, как сильно согнут или скручен аккумулятор.

Разработка гибкой портативной электроники набирает популярность: она уже используется во многих устройствах – умных часах, изогнутых дисплеях смартфонов, планшетов и телевизоров, а также для создания интеллектуальных материалов, умных очков, трансдермальных пластырей и датчиков и многого другого. Возрастает спрос и на мощные гибкие аккумуляторы. До настоящего момента ученым не удавалось получить литий-ионные аккумуляторы с высокой плотностью энергии и хорошей гибкостью одновременно.

Научная группа из Колумбийского университета разработала прототип, который похож на позвоночник. Такая структура обеспечивает прекрасную гибкость без ущерба для других характеристик аккумулятора.

«Плотность энергии нашего прототипа – одна из самых высоких среди зарегистрированных на настоящий момент», – говорит Юань Ян, доцент кафедры прикладной физики и математики и руководитель научной группы. – «Мы разработали простой и масштабируемый подход для производства гибких литий-ионных аккумуляторов, которые обладают прекрасными электрохимическими и механическими свойствами. Наша разработка – перспективный вариант первого поколения гибкий литий-ионных аккумуляторов. Сейчас мы работаем над дизайном и увеличением мощности».

Ян, команда которого изучает состав и структуру материалов аккумуляторов, был вдохновлен подвижностью позвоночника во время тренировки в фитнес-студии. Человеческий позвоночник обладает высокой гибкостью и механической прочностью, поскольку жесткие позвонки соединяет мягкая ткань. Ян использовал модель структуры позвоночника для создания аккумулятора. Его прототип состоит из толстых жестких сегментов, которые накапливают энергию и которые соединены между собой тонкими гибкими электродами. Такая конструкция обеспечивает высокую гибкость всего аккумулятора.

«Плотность энергии такой гибкой батареи может составлять более 85% от плотности стандартного аккумулятора», – продолжает Ян. – «Благодаря высокому содержанию активных материалов в общей структуре наш аккумулятор обладает высокой плотностью энергии – выше, чем любые известные нам аккумуляторы. «Природный» дизайн аккумулятора обеспечил успешное прохождение динамических испытаний».

Команда Яна разрезала обычные пластины аккумуляторных материалов на длинные полосы со множеством ветвей, которые отходят от «позвоночника» под углом 90°. Эти ветви оборачиваются вокруг «позвоночника» до образования толстого столба, в котором хранится энергия. Такая схема обеспечивает высокую плотность энергии (более 90%), которая ограничена только количеством витков.

Батарея продемонстрировала стабильные емкость и профиль напряжения независимо от конфигурации – в скрученном или согнутом положении. После проведения испытания аккумулятор был демонтирован для анализа морфологических изменений электродных материалов. Было установлено, что положительный электрод не поврежден – видимых трещин или отслоения алюминиевой фольги обнаружено не было, что указывает на механическую стабильность аккумулятора. Чтобы еще раз продемонстрировать гибкость и надежность аккумулятора, его скручивали и сгибали непосредственно во время разряда – кривая напряжения при этом осталась неизменной.

«Наша модель механически даже более надежна, чем обычные аккумуляторы», – говорит Ян. – «Мы надеемся, что наш метод изготовления литий-ионных аккумуляторов позволит быстрее перейти к широкому использованию современных гибких устройств».

 

Возврат к списку

Хотите подписаться на статьи электронного журнала "Электрорешения"?