חוקרים פיתחו סוללת ליתיום-יון הניתנת למתיחה מלאה, תוך שימוש בשכבת אלקטרוליט המסוגלת להתרחב ב-5000% ולשמור על קיבולת טעינה על פני כמעט 70 מחזורי טעינה/פריקה. (קונספט האמן.) קרדיט: twoday.co.il.com
סוללת ליתיום-יון נמתחת שפותחה לאחרונה שומרת על אחסון טעינה יעיל לאחר 70 מחזורים ומתרחבת עד 5000%. חידוש זה נותן מענה לביקוש הגובר לסוללות במוצרי אלקטרוניקה לבישים, ומבטיח גמישות ועמידות.
כשאתה חושב על סוללה, אתה כנראה לא חושב על משהו נמתח. עם זאת, סוללות יצטרכו את איכות שינוי הצורה הזו כדי לשלב את האלקטרוניקה הגמישה, שצוברת אחיזה עבור צגי בריאות לבישים. כעת, חוקרים ב אותיות אנרגיה של ACS דווח על סוללת ליתיום-יון עם רכיבים ניתנים למתיחה לחלוטין, כולל שכבת אלקטרוליט שיכולה להתרחב ב-5000%, והיא שומרת על קיבולת אחסון המטען שלה לאחר כמעט 70 מחזורי טעינה/פריקה.
התקדמות בתחום האלקטרוניקה הגמישה
אלקטרוניקה שמתכופפת ונמתחת זקוקה לסוללות בעלות תכונות דומות. רוב החוקרים שניסו לבנות סוללות כאלה יצרו אותן עם בד מוליך ארוג או רכיבים קשיחים מקופלים לצורות הניתנות להרחבה, בדומה לאוריגמי. אבל עבור סוללה ניתנת לגיבוש באמת, כל חלק – האלקטרודות שאוספות מטען ושכבת האלקטרוליט האמצעית המאזנת את המטען – חייבות להיות אלסטיות.
עד כה, לאבות טיפוס של סוללות נמתחות באמת יש גמישות מתונה, תהליכי הרכבה מורכבים או יכולת אחסון אנרגיה מוגבלת, במיוחד לאורך זמן עם טעינה ופריקה חוזרות ונשנות. זה האחרון יכול לנבוע מחיבור חלש בין שכבת האלקטרוליט לאלקטרודות או חוסר יציבות של האלקטרוליט הנוזלי, שיכול לנוע כאשר הסוללה משנה צורה. לכן, במקום להשתמש בנוזל, וון-יונג לאי ועמיתיו לעבודה רצו לשלב את האלקטרוליט בשכבת פולימר שהתמזגה בין שני סרטי אלקטרודה גמישים, כדי ליצור סוללה מוצקה לחלוטין ונמתחת.
פיתוח סוללות אלסטיות לחלוטין
כדי ליצור את האלקטרודות עבור הסוללה האלסטית המלאה, הצוות פיזר סרט דק של משחה מוליכה המכילה ננו-חוטי כסף, פחמן שחור וחומרי קתודה או אנודה מבוססי ליתיום על גבי צלחת. שכבה של polydimethylsiloxane, חומר גמיש נפוץ בשימוש בעדשות מגע, הונחה לאחר מכן על החלק העליון של המשחה. ישירות על גבי הסרט הזה, החוקרים הוסיפו מלח ליתיום, נוזל בעל מוליכות גבוהה ואת המרכיבים להכנת פולימר נמתח.
כשהם מופעלים על ידי אור, מרכיבים אלו התחברו ויצרו שכבה מוצקה וגומיית המסוגלת להימתח ל-5000% מאורכה המקורי ומסוגלת להעביר יוני ליתיום. לבסוף, הערימה הונחה בסרט אלקטרודה נוסף, והמכשיר כולו נאטם בציפוי מגן.
ביצועים ויציבות משופרים
כאשר משווים את עיצוב הסוללה הנמתחת למכשיר דומה עם אלקטרוליט נוזלי מסורתי, לגרסה החדשה הייתה קיבולת טעינה ממוצעת גבוהה פי שישה בקצב טעינה מהיר. כמו כן, הסוללה המוצקה שמרה על קיבולת יציבה יותר בזמן שהיא פעלה במהלך 67 מחזורי טעינה ופריקה. באבות טיפוס אחרים שנעשו עם אלקטרודות מוצקות, האלקטרוליט הפולימרי שמר על פעולה יציבה במשך 1000 מחזורים, כאשר הקיבולת ירדה ב-1% ב-30 המחזורים הראשונים, בהשוואה לירידה של 16% עבור האלקטרוליט הנוזלי.
יש עדיין שיפורים לעשות, אבל הדרך החדשה הזו ליצור סוללות מוצקות ניתנות למתיחה לחלוטין יכולה להיות צעד מבטיח קדימה עבור מכשירים לבישים או מושתלים שמתגמשים ונעים עם הגוף.
המחברים מכירים במימון מתוכנית המפתח הלאומית למחקר ופיתוח של סין; הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין; הקרן למדעי הטבע של מחוז ג'יאנגסו; הקרן של מעבדת מפתח אלקטרוניקה גמישה של מחוז ג'ג'יאנג; תוכנית לפרופסור שמונה במיוחד בג'יאנגסו; NUPT "1311 Project" והקרן המדעית; הקרן לפוסט-דוקטורט בסין; הפרויקט של מעבדת המפתח של המדינה לאלקטרוניקה אורגנית ותצוגות מידע, NJUPT; והקרן למדעי הטבע של NJUPT.
