Исследователи электроники разрабатывают полностью эластичную литий-ионную батарею

Эта литий-ионная батарея имеет совершенно растягиваемые компоненты и стабильную зарядку и сброс с течением времени.Кредит: адаптировано из ACS Energy Letters 2024, DOI: 10.1021/acsenergylett.4c01254

Электроника, которая сгибается и растягивается, нуждаются в батареях с аналогичными свойствами.Большинство исследователей, которые пытались создать такие батареи, создали их с тканей проводящей тканью или жесткими компонентами, сложенными в расширяемых фигурах, аналогичных оригами.Но для по-настоящему податливой батареи каждая часть-электроды, которые собирают заряд и балансирующий зарядный слой электролита-могут быть упругими.До сих пор по -настоящему эластичные прототипы батареи имеют умеренную эластичность, сложные процессы сборки или ограниченную емкость для хранения энергии, особенно с течением времени с повторной зарядкой и разгрузкой.

Последнее может быть связано со слабым соединением между слоем электролита и электродами или нестабильностью жидкого электролита, который может перемещаться, когда аккумулятор изменяет форму.Таким образом, вместо того, чтобы использовать жидкость, Вэнь-Йонг Лай и его коллеги хотели включить электролит в полимерный слой, слитый между двумя гибкими электродными пленками, чтобы создать совершенно твердую эластичную батарею.

Чтобы сделать электроды для полностью упругой батареи, команда распространяла тонкую пленку проводящей пасты, содержащую серебряные нанопроволоки, катодные и анодные материалы на основе углерода и литий.Слой полидиметилсилоксана, гибкого материала, обычно используемого в контактных линзах, затем был применен к верхней части пасты.Непосредственно на вершине этой пленки, исследователи добавили литийную соль, высокопрофессиональную жидкость и ингредиенты, чтобы сделать эластичный полимер.

При активации светом эти компоненты объединились, чтобы сформировать твердый, резиновый слой, способный растягиваться до 5000% от первоначальной длины и способных транспортировать ионы лития.Наконец, стек был увенчан другой электродной пленкой, и все устройство было запечатано в защитном покрытии.

Сравнивая сплошную эластичную конструкцию батареи с аналогичным устройством с традиционным жидким электролитом, новая версия имела примерно в шесть раз выше средней зарядной способности с быстрой скоростью.Аналогичным образом, сплошная батарея сохраняла более стабильную емкость при работе в течение 67 циклов зарядки и разрядки.В других прототипах, изготовленных с твердыми электродами, полимерный электролит поддерживал стабильную работу более 1000 циклов, при этом вместимость упала на 1% в первых 30 циклах по сравнению с падением на 16% для жидкого электролита.

Есть еще улучшения, но этот новый способ создания полностью растяжимых, твердых батарей может быть многообещающим шагом вперед для носимых или имплантируемых устройств, которые сгибаются и перемещаются с кузовом.

More information: Elastic Polymer Electrolytes Integrated with In Situ Polymerization-Transferred Electrodes toward Stretchable Batteries, ACS Energy Letters (2024). DOI: 10.1021/acsenergylett.4c01254