0

Электронный журнал «Электрорешения»

27.09.2019
Аккумулятор можно скручивать, растягивать и сгибать, не прерывая при этом протекание тока. (Фото: Niederberger Group, ETH Zurich)

Швейцарским ученым удалось разработать аккумулятор, который можно вращать, сгибать и растягивать. В дополнение к этому рассматривается вариант создания вращающегося дисплея.

Складывающиеся смартфоны уже появились на рынке. Тенденция развития продолжается в сторону складных и гибких экранов. При этом перед исследователями встаёт серьезная задача, особенно при преобразовании одного из важных компонентов, трудно поддающихся сгибанию: аккумулятора. Исследователи одного из Университетов Цюриха разработали тонкопленочный многослойный аккумулятор, который можно скручивать, сгибать и растягивать – это идеально подходит для складных электронных устройств будущего.

Литий-ионный аккумулятор из гибких компонентов

Команда учёных во главе с профессором Цюрихского Университета Маркусом Нидербергером разработала прототип, ядром которого является электролит. Электролит является частью батареи, через которую должны перемещаться ионы лития во время зарядки и разрядки. Многослойная структура новой батареи основана на обычных компонентах, применяющихся в стандартных батареях. Однако исследователи постарались сделать каждый небольшой компонент гибким, для того чтобы батарея в целом получилась подвижной и сгибаемой. «На сегодняшний день мы являемся первооткрывателями в области использования гибких компонентов для литий ионных аккумуляторов», - говорит руководитель исследований Маркус Нидербергер.

Два токосъемника для анода и катода выполнены из эластичного пластика, содержащего электропроводящий углерод. Он по совместительству является и внешней оболочкой батареи. Внутреннюю поверхность пластика покрывают при этом тонким слоем серебра. Благодаря чешуйчатой конструкции, подобной черепичной крыше, они не теряют контакт даже при сильном растяжении пластика продолжают обеспечивать протекание тока. Это гарантирует проводимость токосъемника, даже когда он сильно растянут. Но даже в том случае, когда серебряные чешуйки теряют контакт друг с другом, электрический ток, хотя и становясь слабее, все еще протекает через углеродистую пластмассу.

Прототип еще не созрел

Ученые распыляют порошок анода или катода на слой серебра в точно определенной области. Катодный порошок содержит оксид лития-марганца, анод-оксид ванадия. Отделенные разделяющим слоем, подобным картинной рамке, ученые соединяют два токосъемника вместе с наложенными электродами и заполняют зазор в рамке электролитическим гелем. Руководитель проекта Маркус Нидербергер подчеркивает, что гель является более экологически чистым, чем его предшественники: «Электролитные жидкости в современных батареях токсичны и огнеопасны» Используемые здесь жидкости основаны на воде.

Между тем, прототип еще не достиг совершенства: исследователи в настоящее время используют клей, чтобы скрепить различные компоненты - однако проблема заключается в том, что данный клей недолговечен по своим свойствам. «Если мы хотим сделать конкурентоспособный продукт для рынка, необходимо найти другой, более долгосрочный способ скрепления компонентов», - говорит Нидербергер. Следующей задачей является решение вопроса о возможности загрузки большего количества электрода в батарею, прежде чем продукт выйдет на широкий рынок.

От раскладных дисплеев до функционального текстиля

Гибкие батареи находят применение в очень многих областях, начиная с гибких дисплеев и подвижных экранов компьютеров, умных часов и планшетов, заканчивая умным текстилем, содержащим гибкую электронику. И еще одно неоспоримое преимущество таких батарей: в случае разрядки аккумулятора жидкость не наносит ущерба ни самой батарее, ни окружающей среде.

Электронная промышленность все чаще обращается к компьютерам или смартфонам со складными или прокручиваемыми экранами. Уже появилась так называемая «умная одежда», в которой используются портативные микроустройства или датчики, например, для контроля функций организма. Тем не менее, все эти устройства нуждаются в источнике питания, и это, как правило, литий-ионный аккумулятор. Однако привычные нам батареи все еще тяжелые и жесткие и поэтому в принципе не подходят для применения в гибких электронных устройствах или текстиле.

Возврат к списку

Хотите подписаться на статьи электронного журнала "Электрорешения"?