(Phys.org) – Forskare har använt sockerbitar som mall för att syntetisera töjbara batterielektroder, som fungerar som en nyckelkomponent i nydesignade töjbara men mekaniskt robusta natriumjonbatterier. Även om det nyligen har gjorts en hel del forskning om töjbara batterier, vanligtvis innehåller dessa enheter fortfarande några stela komponenter. Genom att använda elektroder mallade på sockerbitar, det nya batteriet är ett av de första natriumjonbatterierna vars komponenter alla är helt töjbara.

Forskarna, ledd av Guihua Yu vid University of Texas i Austin, har publicerat en artikel om de nya töjbara batterierna i ett färskt nummer av Avancerade material .

Genom att börja med sockerbitar, forskarna kunde få fram storleken, form, och porositet som krävs för högpresterande batterielektroder. Forskarna placerade först vanliga sockerbitar ovanpå en polymergel i en skål. Efter att skålen placerats i ett vakuum, uppvärmd i ugn, och tvättade, sockret löstes bort och polymergelén tog dess plats, vilket resulterar i töjbara polymersvampar. Porerna i polymersvamparna fylldes sedan med en ledande grafenbaserad lösning för att skapa "svampelektroder, " vilket forskarna uppnådde genom att sänka ner svamparna i lösningen och klämma dem flera gånger för att suga upp den.

Som forskarna förklarade, svampens porösa arkitektur ger en kombination av töjbarhet, mekanisk styrka, snabb natriumjontransport, och stor lagringskapacitet. Tester visade att hela batteriet kan sträckas till 50 % över sin ursprungliga längd, och att töjningen begränsas av polymermaterialets inneboende egenskaper. Forskarna förväntar sig att modifiering av polymeren eller utveckling av en ny nanoarkitekturerad elastomer kan ytterligare öka batteriets töjbarhet.

"Denna första i sitt slag batteridesign bibehåller bättre mekaniska egenskaper jämfört med de flesta rapporterade konstruktioner som använder en eller flera styva komponenter som inte uppfyller kraven på töjbarhet för hela enheten, " berättade Yu för Phys.org. "Dessutom, den påvisade elektrokemiska prestandan konkurrerar med de flesta tidigare rapporterade töjbara energisystemen. Detta nya töjbara natriumjonbatteri representerar ett lovande alternativ för nästa generations energilagringsteknologier i ett brett spektrum av applikationer."

I sin nuvarande form, batteriet behåller nästan 90 % av sin kapacitet efter 100 cykler av sträckning till 50 % belastning. Denna prestanda är tillräcklig för att forskarna ska kunna montera det töjbara batteriet på ett armbågsstöd, och visa att batteriet fortsätter att driva en lysdiod när användarens arm är böjd i olika vinklar. Det töjbara batteriet har potentiella tillämpningar i formbara hälsoövervakningssensorer, bärbara kommunikationsenheter, roll-up displayer, och implanterbar medicinsk utrustning.

I framtiden, forskarna planerar att göra ytterligare förbättringar av batteriet, som att förlänga livslängden och skala upp designen till större batterier. De räknar med att svampdesignen även kan utökas till andra typer av enheter, såsom energiskördande anordningar.

"Framtida riktningar kommer att fokuseras på att ytterligare förbättra de mekaniska egenskaperna och elektrokemiska prestanda, tillsammans med att sänka tillverkningskostnaden, " sa Yu.

© 2017 Phys.org