Традиционные литий-ионные аккумуляторы защищены жесткими корпусами, чтобы предотвратить воздействие влаги, которая может ухудшить их работу, а также для того, чтобы избежать утечек токсичных и легко воспламеняющихся электролитов. В то время как ранее уже разрабатывались растягивающиеся батареи с гидрогелевыми электролитами, эти устройства сталкивались с рядом ограничений, включая низкую стабильность при высоких напряжениях и зависимость от токсичных фторсодержащих материалов.
В новом исследовании ученые из Калифорнийского университета в Беркли предложили гидрогелевую литий-ионную батарею на водной основе, не содержащую фтор. Это решение позволяет значительно улучшить характеристики батареи, устранив проблемы предыдущих моделей. «Мы использовали новые материалы, которые существенно отличаются от традиционных литий-ионных батарей», — говорит Пейшэн Хэ, научный сотрудник университета.
Уникальные характеристики новой батареи
Новый аккумулятор способен выдерживать не только растяжение и скручивание, но и устойчив к многократным проколам иглами. В случае, если батарея разрезана пополам, она восстанавливает свою целостность и продолжает работать, сохраняя более 90% своей емкости. Это достижение в значительной степени превосходит предыдущие растягивающиеся аккумуляторы, которые могли лишь выдерживать скручивания или удары, но не восстанавливались после повреждений.
Батарея стабильно работает при напряжении до 3,11 В, что гораздо выше, чем у предыдущих гидрогелевых батарей, которые были стабильны лишь до 1,23 В. Кроме того, прототип продемонстрировал отличные результаты, проходя более 500 циклов зарядки и разрядки, сохраняя при этом 95% своей емкости. Эти показатели открывают большие перспективы для применения новых аккумуляторов в носимых устройствах. Например, они могут позволить умным часам работать без подзарядки целую неделю или даже дольше.
Путь к совершенствованию и коммерциализации
Несмотря на столь многообещающие результаты, ученые отмечают, что текущий прототип имеет плотность энергии всего лишь около одной десятой от плотности стандартных литий-ионных батарей. Это означает, что технология нуждается в дальнейшей доработке для повышения эффективности. В частности, предполагается оптимизация структуры электродов и химического состава электролита, что должно улучшить плотность энергии в будущем.
Однако даже в своем нынешнем виде, эта батарея может стать ценным дополнением для небольших носимых устройств, таких как умные часы, предлагая им дополнительные возможности без значительного увеличения массы и объема. В настоящее время исследователи работают над тем, чтобы вывести технологию на промышленный уровень, используя рулонный процесс для массового производства аккумуляторов.
В конечном итоге, такие батареи могут не только улучшить функциональность носимой электроники, но и стать основой для создания более устойчивых и безопасных устройств, которые смогут справляться с экстремальными условиями эксплуатации.
Источник: https://spectrum.ieee.org/stretchable-lithium-ion-battery
Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
