Многопрофильная деформация
полимерного электролита
задаёт новые тенденции
энергоснабжения.
При работе с гибкой электроникой возможность аккумуляторов изменять свою форму пришлась бы весьма кстати, однако до сих пор мы вряд ли подумаем об эластичном устройстве, когда нам понадобится батарейка для какого-нибудь нательного датчика. А ведь учёные давно занимаются этим вопросом, и сегодня гибкие аккумуляторы и батареи представляют собой тот самый передний край инноваций.
И всё же в этой сфере остаётся много пробелов, которые до сих пор не позволяли нам наблюдать массовое внедрение соответствующих разработок. Дело в том, что большая часть попыток создать такие элементы питания сводились к использованию основания из токопроводящей ткани или раскладывающихся наподобие оригами конструкций из жёстких компонентов, что вызывает откровенные неудобства как при производстве таких изделий, так и во время их использования. С другой стороны, в прототипах по-настоящему пластичных аккумуляторов, где должна быть эластичной каждая деталь ‒ от собирающих заряд электродов до балансирующего его электролита, ‒ также не решены некоторые важные аспекты.
То, что свойственная им эластичность, хоть она и лучше оригами, всё-таки оставляет желать лучшего, преграда не столь уж важная, поскольку скажется лишь на некотором сужении областей применения таких изделий. А вот довольно сложный процесс изготовления и, особенно, ёмкостные ограничения ‒ уже куда более значимое препятствие, поскольку ставит под сомнение саму целесообразность использования такой батарейки.
Но, похоже, исследователи из ACS Energy Letters продвинулись в этих изысканиях; да так, что их разработка действительно может сделать новый поворот в технологии. Они сумели создать литий-ионный аккумулятор с полностью растяжимыми компонентами.
Предположив, что падение ёмкости аккумуляторов по мере их использования может быть связано со слабым соединением между слоем электролита и электродами и/или нестабильностью жидкого электролита, вызванной изменением формы батареи, учёные решили зафиксировать этот самый электролит в полимерном слое. Будучи сплавленным между двумя гибкими электродными плёнками, этот электролит-содержащий полимер стал той самой искомой конструкцией. Прочной, эластичной и производительной одновременно: новая батарея может не только расширяться в 50 раз, но ещё и сохранять при этом свою ёмкость для хранения заряда даже после почти 70 циклов зарядки/разряда.
Электроды также получили особое внимание: они изготовлены из тонкой плёнки проводящей пасты, содержащей серебряные нанопроволоки, технический углерод и катодные или анодные материалы на основе лития.
Сравнивая конструкцию своего твёрдо-эластичного аккумулятора с аналогичным устройством с традиционным жидким электролитом, учёные отмечают шестикратное превосходство новой версии по части средней ёмкости заряда при высокой скорости зарядки. При этом разработка сохраняла более стабильную ёмкость в течение 67 циклов зарядки и разрядки, в то время как в других прототипах (с твёрдыми электродами) этот полимерный электролит продемонстрировал аж 1000 циклов стабильной работы.
Конечно, ещё предстоит внести усовершенствования, но представленный командой способ создания полностью эластичных твёрдых батарей может стать тем самым шагом вперёд, которого давно ждали разработчики и производители гибких портативных устройств, способных изгибаться вслед движениям их носителя ‒ пациента с медицинскими датчиками или каких-то движимых частей механизмов, оснащённых дополнительным слаботочным оборудованием. Да что там, даже некоторым функциям или бортовой системе вашей машины они могут добавить столь вожделенной автономии.
Вообще, области применения гибких аккумуляторов воистину обширны. Помимо нового шага в медицинских устройствах и робототехнике они сулят нам гибкие смартфоны, дисплеи и другие носимые гаджеты. А помните тонкоплёночный телефон в ладони Хаузера, главного героя из «Вспомнить всё» вариации 2012 года? Реализация такого гибкого телекомуникационного устройства стала бы лучшей демонстрацией прогресса технологии: её удобства, функциональности и привлекательности для повседневной жизни.
Но это ещё не наша история.
По материалам АРМК.