Schematiskt diagram över tillverkningsprocessen för töjbara batterier Kredit:Korea Institute of Science and Technology (KIST)
Ett koreanskt forskarlag har utvecklat ett litiumjonbatteri som är tillräckligt flexibelt för att kunna sträckas ut. Dr. Jeong Gon Sons forskargrupp vid Photo-Electronic Hybrids Research Center vid Korea Institute of Science and Technology (KIST) meddelade att de hade konstruerat en högkapacitet, töjbart litiumjonbatteri. Batteriet utvecklades genom att tillverka en strukturellt töjbar elektrod som enbart består av elektrodmaterial och sedan monteras med en töjbar gelelektrolyt och töjbar förpackning.
Snabba tekniska framsteg inom elektronikindustrin har lett till en snabbt växande marknad för högpresterande bärbara enheter, som smarta band och kroppsimplanterbara elektroniska enheter, såsom pacemakers. Dessa framsteg har avsevärt ökat behovet av att energilagringsenheter utformas i flexibla och töjbara former som efterliknar mänsklig hud och organ.
Dock, det är mycket svårt att ge batteriet sträckbarhet eftersom det fasta oorganiska elektrodmaterialet upptar större delen av volymen, och andra komponenter såsom strömavtagare och separatorer måste också göras töjbara. Dessutom, problemet med flytande elektrolytläckage under deformation måste också lösas, samt problemet med läckande flytande elektrolyt.
(A) Schematiskt diagram av en sammansatt cell av det sträckbara batteriet. (B) Energilagringskapaciteten för det sträckbara batteriet:(a) en miljö där variationer tillämpas från 0 % till 50 %, (b) en miljö som inte förändras mycket under långa laddnings- eller urladdningsexperiment.(C) En förändring i lagringskapacitet mätt när 0 % och 50 % varianter utförs upprepade gånger 500 gånger.(D) Ett fotografi av en LED-lampa som drivs i ett tillstånd av förlängning och expansion (50 % töjning) av ett töjbart batteri. Kredit:Korea Institute of Science and Technology (KIST)
För att komma till rätta med dessa problem, Dr. Jeong Gon Sons forskargrupp vid KIST fokuserade på att skapa en dragspelsliknande mikrostruktur, som ger strukturell töjbarhet till icke töjbara material, och konstruerade sålunda en mikroinåtböjd elektrodram i bikakeform. Den inåt utskjutande bikakestrukturen bestod av atomtjock grafen, som fungerar som en gardin, och kolnanorör, som bildade ett rep i nanostorlek. Den bikakeformade kompositramen, gjorda av aktiva material, grafen, och kolnanorör, stack ut inåt som ett dragspel med hjälp av en radiell kompressionsprocess, liknar rullningen av koreanska risrullar (gimbap), vilket resulterade i skapandet av töjbara egenskaper.
Elektroderna som utvecklats av forskargruppen innehåller inga material som vanligtvis används för töjbarhet - som gummi - som inte underlättar energilagring. Allt material som forskargruppen använder i deras nyutvecklade batteri utnyttjas fullt ut vid energilagring och laddningstransport. Faktiskt, det töjbara batteriet skapat av teamet visade en energilagringskapacitet (5,05 mAh/cm 2 ) som är lika hög som befintliga icke-töjbara batterier.
De nyligen introducerade töjbara gelelektrolyterna och töjbara förpackningsmaterialen som blockerar luft och fukt och hindrar elektrolyterna från att läcka. Det resulterande töjbara batteriet visade en hög ytkapacitet på 5,05 mAh/cm 2 , överlägsen elektrokemisk prestanda upp till 50 % belastning under upprepade (upp till 500) cykler med stretch-release och långtidsstabilitet på 95,7 % efter 100 cykler i luftförhållanden.
Dr Jeong Gon Son vid KIST sa, "Det töjbara litiumjonbatteriet som utvecklats genom denna forskning förväntas presentera ett nytt paradigm när det gäller töjbara energilagringssystem för vidareutveckling av bärbara och kroppsimplanterbara elektroniska enheter."
