В ходе исследований ученые пришли к такому варианту дизайна батареи, который демонстрирует возможность производства гибких элементов питания на основе тонких полимерных и высокоэффективных в плане энергии материалов. В коммерческой продаже новый тип батарей может появиться в ближайшие годы.

Создание высокопроизводительных литий-ионных аккумуляторов, которые можно сгибать в произвольных направлениях, является важным шагом на пути к гибким электронным устройствам будущего. Такие элементы питания позволят проектировать, к примеру, гибкую электронную бумагу или же послужат в качестве источников энергии для «умной» одежды. Можно будет применять их и в пьезо-электрических системах, вырабатывающих энергию под воздействием внешних физических сил.

Гибкий аккумулятор нового типа обеспечивает энергией синий светодиод (кадр из видео, описывающего разработку ученых из KAIST)

Чаще всего для изготовления гибких батарей использовали низко-производительные органические материалы либо полимерные подложки, которые занимают слишком много пространства и приводят к снижению емкости элемента. Кроме того, необходимо проводить высокотемпературную обработку катодов, чтобы улучшить их свойства, и гибкие полимеры, разрушающиеся при высоких температурах, плохо подходят для таких целей.

Исследователи из KAIST изготовили свою версию гибкой литий-ионной батареи на базе тонкой пластины из неорганического материала, который «не боится» высоких температур. По словам профессора Кеон Джай Ли (Keon Jae Lee), «практически не существует разницы в емкости, плотности энергии и количестве циклов зарядки между новыми гибкими и традиционными аккумуляторами». Производительность наоборот повышена на 10 процентов за счет эффекта сопротивления сжатию.

Появление эффективных гибких элементов питания позволит создавать новые виды мобильной электроиники или "умной" одежды

Чтобы создать гибкую батарею, ученые сначала последовательно укладывали несколько слоев – токоприемник, катод, электролит и анод – на хрупкую подложку из слюды, а затем при помощи клейкой ленты отделяли небольшие части слюды вместе с активными слоями и помещали их в плоскую «капсулу» из двух полимерных пленок для улучшения механического сопротивления.

Скручивание гибкой батареи нового довольно слабо отражается на ее производительности. При радиусе сгибания, равном 16 миллиметрам (что подобно окружности пятицентовой монеты), емкость снижается не более чем на 7 процентов, а напряжение почти не меняется.

Теперь исследователям предстоит найти способ автоматического разделения слюдяной подложки, чтобы новую технологию можно было запустить в коммерческую эксплуатацию. Возможно, этого удастся добиться благодаря применению лазерного метода деламинации (разделения на слои).

источник