În ritmul rapid al lumii de astăzi, dispozitivele electronice au multifuncționalitate și flexibilitate pentru a ține pasul cu cerințele vieții moderne. Acest lucru asigură confort și performanță de înaltă calitate.
Pentru a atinge acest obiectiv, dezvoltatorii se concentrează pe dezvoltarea rezervoarelor de energie care sunt atât purtabile, cât și flexibile. Astăzi, bateriile lichide cu litiu-ion au apărut ca opțiuni foarte promițătoare pentru electronicele portabile datorită performanței lor electrochimice impresionante, capacității de a-și controla funcția și a accesibilității lor.
O nouă baterie litiu-ion nu numai că poate rezista la întindere și răsucire, dar poate fi înjunghiată cu ace și tăiată în jumătate cu lamele de ras – și apoi să se vindece pentru a continua să furnizeze energie unui dispozitiv anunță IEEE Spectrum.
Electronicele portabile, roboții și alte dispozitive ar putea beneficia de bateriile litiu-ion moi și extensibile. Cu toate acestea, majoritatea bateriilor comerciale cu litiu-ion sunt sigilate ermetic în pachete rigide pentru a împiedica umiditatea care le poate degrada performanța și pentru a preveni scurgerea electroliților toxici și inflamabili.
Cercetările anterioare au investigat bateriile extensibile care foloseau hidrogeluri ca electroliți. Folosind apa ca solvent, aceste baterii cu hidrogel s-ar dovedi neinflamabile și mai puțin sensibile la umiditate decât bateriile comerciale cu litiu-ion. Cu toate acestea, dispozitivele anterioare sufereau de o serie de limitări. Unele s-au dovedit stabile doar la tensiuni relativ scăzute. Alții depindeau de compuși toxici și scumpi.
În noul studiu, publicat în revista Science Advances, cercetătorii au dezvoltat o nouă baterie hidrogel litiu-ion pe bază de apă, care nu conține fluor. „Multe materiale pe care le-am folosit nu sunt standard pentru bateriile convenționale cu litiu-ion”, spune Peisheng He, cercetător postdoctoral de inginerie mecanică la Universitatea din California, Berkeley. „Am depășit aceste provocări învățând lecții din testele nereușite, construind și îmbunătățind constant protocoalele de fabricare și testare.”
Bateriile extensibile anterioare s-au dovedit robuste, supraviețuind răsucirii și chiar loviturilor de la un ciocan. Noua baterie afișează un alt nivel de durabilitate, nu numai că suportă întinderea, răsucirea și plierea, dar alimentează continuu o lumină galbenă chiar și atunci când este perforată în mod repetat cu ace. În plus, „bateria poate fi tăiată în jumătate, asamblată și auto-vindecată pentru a menține în continuare mai mult de 90% din capacitatea sa”, spune Liwei Lin, profesor de inginerie mecanică la Universitatea din California, Berkeley.
Noua baterie sa dovedit stabilă până la 3,11 volți. Bateriile cu hidrogel din trecut erau stabile doar până la 1,23 volți. Mai mult, pe parcursul unei luni, a funcționat stabil după 500 de cicluri de încărcare și descărcare, descărcând în medie 95 la sută din încărcarea electrică primită.
„Integrarea bateriilor noastre în brățara unui ceas inteligent poate multiplica capacitatea bateriei ceasului, astfel încât s-ar putea să aibă nevoie de reîncărcare doar o dată pe săptămână sau mai mult”, spune Anju Toor, profesor asistent de știința materialelor și inginerie la Institutul de Tehnologie din Georgia.
Oamenii de știință avertizează că densitatea de energie a bateriei lor este doar de aproximativ o zecime din bateriile litiu-ion de pe piață, „deci mai este de lucrat”, spune el. „Ne așteptăm ca optimizările structurii electrozilor, a capacitații acestora și chimiei electroliților să îmbunătățească și mai mult densitatea energiei în viitor.”
Totuși, „chiar și fără aceste îmbunătățiri, prototipul actual ar fi suficient pentru a înlocui banda polimerică a unui ceas inteligent pentru a oferi putere suplimentară”, spune Lin.
Cercetătorii încearcă acum să împingă această tehnologie de la fabricarea la scară de laborator la producția de mare randament la nivel de industrie printr-un proces roll-to-roll, spune Toor.
