Разработка какого-либо нового автономного устройства сопряжена с размышлениями о том, где и как должен быть размещен источник питания данного устройства. Это накладывает определенные ограничения ввиду физических и конструкционных свойств батарей. Жесткие батареи не всегда уместны, особенно для приложений носимой электроники. Однако проблема гибких заключается в том, что попытки увеличить их активный материал приводят к более толстым и жестким электродам с неудовлетворительными механическими свойствами. Ученые из Линчёпингского университета (Линчёпинг, Швеция) решили эту проблему путем создания жидкой батареи, которая может принимать любую форму. Из чего сделана жидкая батарея, как она работает, и где будет полезна? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.
Основа исследования
Носимые устройства следующего поколения отличаются от своих коммерческих аналогов (например, наушников, слуховых аппаратов, умных часов или фитнес-трекеров) и требуют механического соответствия человеческому телу, которое выходит за рамки гибкости и включает мягкость и растяжимость. Они имеют сложные форм-факторы, такие как электронные пластыри, внутренние электронные имплантаты на органах или нервах, электронные ткани и мягкие роботы. Были достигнуты успехи в обеспечении подходящих электромеханических свойств различных компонентов устройств (датчиков, транзисторов, антенн и т. д.) в носимых устройствах следующего поколения. Однако для их питания используются жесткие и громоздкие батареи, что ограничивает их форм-фактор и механическую податливость. Для того чтобы будущие носимые устройства имели автономную работу и энергоемкие функции, такие как беспроводная передача данных, долгосрочный мониторинг и регистрацию данных, требуется встроенная растягиваемая батарея. Учитывая прогнозируемое количество в триллион устройств из категории Интернета вещей к 2035 году, многие из которых будут носимыми, разработка растягивающихся батарей имеет решающее значение для революционных изменений в технологиях здравоохранения, мониторинга окружающей среды и продуктов питания, а также связи и развлечений.
Изображение №1
Существующие конструкции растягивающихся батарей сталкиваются с критическим ограничением в увеличении емкости, поскольку добавление большего количества активного материала приведет к более жестким и толстым электродам с плохой механической податливостью и растяжимостью. По сути, они переняли конструкции электродов от обычных жестких батарей, которые полагаются на механическое соединение (твердотельный контакт) окислительно-восстановительно-активных видов и проводящего наполнителя (1A). Связанный электрод требует связующего для обеспечения механической целостности в твердой матрице путем удерживания соответствующих компонентов вместе. Это обеспечивает хороший электронный контакт между компонентами, что облегчает доступ к активному материалу для эффективной зарядки и разрядки. Однако любая потеря контакта между компонентами из-за механического напряжения приводит к сбою работы батареи. В то время как связующее можно заменить эластомером для внедрения растяжимости в электрод, более высокая загрузка активного материала требует большего количества проводящих наполнителей и изолирующих связующих. Более толстые слои будут испытывать более высокую деформацию при изгибе и большие силы для деформации, что отрицательно влияет на механическую податливость. Кроме того, более толстые электроды, как правило, имеют более высокое электрическое сопротивление и извилистость, что затрудняет электрический и ионный транспорт, ограничивая доступ к активным частицам в твердом электроде, что приводит к снижению эффективной объемной емкости.
Проектирование растягиваемой батареи требует целостного подхода, который учитывает все компоненты (активные электроды, сепаратор, токосъемник и инкапсуляцию; 1B). Существует два общих подхода для обеспечения растяжимости: структурная инженерия и проектирование материалов. Методы структурной инженерии изолируют жесткие компоненты от основной деформации внутри системы с помощью различных подходов, включая формирование слоистых скрученных волокон каждого компонента батареи, соединение жестких островов жестких ячеек батареи на деформируемых подложках с помощью растягиваемых межсоединений, скользящие жесткие электроды, спиральные и волнистые/смятые структуры, киригами и сверхтонкие структуры. Растягиваемые материалы могут быть разработаны путем смешивания жестких активных наполнителей с эластомером для образования композитов, пористых структур и гелей. Несмотря на недавние достижения, эти методы основаны на оптимизации традиционной конструкции сопряженных электродов, которая не решает фундаментальную проблему компромисса между емкостью аккумулятора и механическими свойствами (податливостью и растяжимостью).
Жидкости не имеют фиксированной формы и легко поддаются внешнему давлению, что делает их по своей сути «растягивающимися» или высокодеформируемыми. Вдохновленные этим фундаментальным поведением, ученые демонстрируют, что, перенося физическое свойство электрода батареи из обычного твердого состояния в жидкое, можно получить концепцию конструкции электрода, которая основана на вязкости жидкости, а не на модуле Юнга твердого тела (1C). Это отделяет электрохимическую и электрическую функцию от механического свойства электрода, что приводит к окислительно-восстановительно-активной электрожидкости, которая может проводить ионы и электроны для хранения энергии, максимизируя при этом деформируемость и емкость. Сообщалось об электрожидкостях, состоящих из проводящих частиц, взвешенных в непроводящей жидкости или вязкоупругой жидкоподобной матрице, которая образует динамические электронные перколяционные сети. В рассматриваемом нами сегодня труде ученые описывают окислительно-восстановительно-активные электрожидкостные электроды, которые представляют собой суспензии окислительно-восстановительно-активных и проводящих частиц в электролитной системе (1D).
В состоянии покоя (статика) частицы самоагломерируются в переходные электрические и механические перколяционные сети, т. е. точки контакта. Под действием приложенной механической деформации они обратимо разрушаются и преобразуются и динамически текут как жидкость, снимая механическое напряжение, сохраняя при этом перколяцию. Поскольку частицы находятся во взвешенном состоянии в электролите, вязкость используется для управления механическими свойствами жидкости, в то время как накопление энергии облегчается электронным и ионным транспортом.
В данном труде ученые продемонстрировали конструкцию растягиваемой батареи, основанную на внутренне деформируемых окислительно-восстановительно-активных катодных и анодных электрожидкостных электродах, которые были включены в батарею с помощью специально разработанного растягиваемого токосъемника и разделительной мембраны (1B). Ключевыми инновациями являются то, что массовая (объемная) загрузка жидкостей и их результирующая емкость батареи не влияют на осевую жесткость батареи (1E) и что в качестве активных материалов в жидкостях использовалась устойчивая сопряженная полимерная окислительно-восстановительная пара. На 1F показана жидкость, выдавливаемая из шприца с консистенцией, похожей на зубную пасту (видео №1 и видео №2).
Видео №1
Видео №2
Молекулярные структуры сопряженных полимеров, используемых в качестве окислительно-восстановительно-активных частиц, изображены на 1G−1I. Конструкция позволяет загружать больше активной массы материала в электроды с более высокой емкостью батареи без компромисса в их механических свойствах.
По сравнению с растягиваемыми батареями на основе окислительно-восстановительной жидкости на основе металла, исследуемые жидкости основаны на устойчивых окислительно-восстановительных органических материалах, и характеристики батареи показали сравнительно лучшую электрохимическую циклическую стабильность и механическую прочность (1J). Батарею можно было растягивать и скручивать при работе красного светодиода (LED) (1K и видео №3).
Видео №3
Кроме того, осевая жесткость оставалась относительно постоянной, несмотря на изменение топологии и объема жидкостей (1L и 1M). Изгибающая сила прямоугольных жидкостных пакетов разного объема также была относительно постоянной. Токосъемник состоял из двухслойной конфигурации нанографита (NG от nanographite) и полистирол-этилен-бутилен-стирольного (SEBS от styrene-ethylene-butylene-styrene) проводящего эластомерного композита верхнего буферного слоя и тонкой сетки из серебряной нанопроволоки (AgNW от Ag-nanowire) в качестве нижнего слоя, встроенного в растягиваемую инкапсуляцию SEBS с низкой проницаемостью для уменьшения утечки и высыхания жидкости.
Мембранный сепаратор изготовлен из эластомера полистирол-изобутилен-стирола (SIBS от styrene-isobutylene-styrene), а пористость была вызвана с помощью метода разделения фаз, вызванного испарением растворителя. Сепаратор обеспечивал хорошую протонную проводимость, предотвращая при этом кроссовер твердых активных материалов в соответствующих катодных и анодных жидкостях.
Результаты исследования
Для жидкостей была использована модельная окислительно-восстановительно-активная сопряженная полимерная система. Биополимер лигнин на основе древесины (L от lignin) был модифицирован и использован в качестве катода, а сопряженный полимер поли(1-амино-5-хлорантрахинон) (PACA от poly(1-amino-5-chloroanthraquinone)) в качестве анода. Оба активных материала были сплетены с проводящим полимером поли(3,4-этилендиокситиофеном) (PEDOT от polymer poly(3,4-ethylenedioxythiophene)) (1H) посредством окислительной полимеризации in situ в присутствии соответствующих окислительно-восстановительно-активных полимеров для облегчения электрического транспорта внутри частиц. Активные полимерные композиты будут называться PEDOT-лигнин (PL) и PEDOT-PACA (PP). Молекулярные структуры и окислительно-восстановительная реакция переноса электронов и протонов лигнина и PACA показаны на 1G и 1I соответственно.
Текучесть была придана PL и PP путем их раздельного диспергирования с проводящими углеродными наполнителями в электролитной среде [0.1 М HclO4 (водн.)] при приблизительной общей весовой концентрации 21 мас. % без какого-либо связующего. Расчетный размер частиц PL и PP в жидкостях составлял приблизительно 13 и 12 мкм соответственно. Включение углеродных наполнителей требовалось для улучшения электропроводности жидкостей. Электрическая характеризация была выполнена путем размещения жидкостей между двумя электродными пластинами при приложении смещения различных напряжений к жидкости. Измерялся ток, а сопротивление извлекалось из наклона графика E против I. Сопротивление жидкостей снизилось более чем на 90% с 11.4 до 0.83 кОм(с) для PL и с 12.5 до 0.49 кОм(с) для PP при добавлении углеродных наполнителей.
Изображение №2
Оптимизированные жидкости продемонстрировали поведение сдвигового оловянивания, характерное для неньютоновских жидкостей, как показано в постепенном снижении вязкости с увеличением скорости сдвига (2A). Затем электрохимическая импедансная спектроскопия (EIS от electrochemical impedance spectroscopy) использовалась для извлечения проводимости суспензий при механической деформации (2B). PL показал пятикратное увеличение проводимости с 0.25 до 1.31 См/м, когда приложенная к жидкости деформация увеличилась с 0 до 500%, в то время как проводимость для PP показала меньшее увеличение с 0.33 до 0.48 См/м. Проводимость обеих жидкостей восстановилась до своего начального значения, когда деформация была снята.
Ученые предполагают, что изменение электромеханического поведения может быть связано с различиями в вязкости (2A) или природой полимеров (например, полярностью, размером частиц и дисперсностью) и их взаимодействием с проводящими углеродными наполнителями. Эти факторы, вероятно, повлияли на кинетику системы и любые морфологические изменения, когда жидкость испытывает механическую деформацию, такую как лучшее выравнивание частиц, приводящее к хорошо связанному пути перколяции для более высокой проводимости. Образцы восстановились примерно до 50% своей первоначальной длины из-за необратимого удлинения инкапсуляции SEBS.
Для выяснения способности жидкостей накапливать энергию были изготовлены полуэлементы для характеризации их электрохимических свойств. Кривые гальваностатического заряда-разряда (GCD от galvanostatic charge-discharge) жидкостей показали увеличение их объемной емкости с уменьшением приложенных токов, а максимально достижимая емкость 5.92 и 13.5 мАч/см3 была получена для PL и PP при приложенном токе 9 и 5 мА/см2 соответственно (2C и 2D). Емкость была нормализована по отношению к общему объему жидкости в батареи, включая электролит, активные материалы и углеродные наполнители.
Кривые GCD для PP показали четкое плато в области от −0.2 до 0.05 В, что, вероятно, соответствует многоступенчатой окислительно-восстановительной реакции 6H+/6e− PACA (1I), а последующая линейная емкостная область от −0.05 до 0.4 В, вероятно, исходит как от углерода, так и от PEDOT (2D). Для PL область плато не столь очевидна (2C), и их данные циклической вольтамперометрии (CV от cyclic voltammetry) показывают широкие окислительно-восстановительные пики, которые типичны для электродов на основе лигнина, включая кривые CV для PP. Как PL, так и PP показывают улучшение своей объемной и гравиметрической емкости при добавлении углеродных наполнителей. Полученные значения емкости сопоставимы с предыдущими отчетами по твердотельным электродам, а их процесс накопления энергии можно отнести к емкостному вкладу PEDOT и углеродных наполнителей, а также к фарадеевским реакциям переноса заряда протон-электрон из-за хинонных единиц в PL и PP, причем PP имеет аминогруппы в качестве дополнительных вторичных окислительно-восстановительных участков.
Вдохновленные электромеханическими и электрохимическими свойствами проводящих окислительно-восстановительных жидкостей, ученые приступили к проектированию и изготовлению растягиваемого токосъемника и разделительной мембраны, чтобы продемонстрировать концепцию растягиваемой окислительно-восстановительной жидкостной батареи.
Изображение №3
Идеальный растягиваемый токосъемник должен иметь низкое сопротивление слоя (Rs) в соответствующем диапазоне деформации батареи, чтобы обеспечить низкие омические потери при подаче тока на электроды. В исследуемой конструкции для растягиваемого токосъемника использовалась двухслойная конфигурация с оптимизированным нижним слоем AgNW толщиной ≈ 324 нм, встроенным в инкапсуляцию SEBS толщиной 80 мкм, и верхним буферным слоем NG:SEBS толщиной ≈ 4.13 мкм (3A). AgNW были выбраны, поскольку их структура NW с высоким соотношением сторон образует сетчатую сеть, которая может индуцировать высокую электропроводность и растяжимость в токосъемнике. Буферный слой NG:SEBS защищает лежащую под ним сетку AgNW от коррозии и электрохимического окисления из-за кислотного электролита, а также улучшает электромеханические характеристики токосъемника.
Сначала ученые оптимизировали электромеханические свойства соответствующих проводящих слоев. Композиты NG:SEBS показали относительно высокий Rs в диапазоне от 384 до 9210 Ом/кв при снижении объемного % NG с 50 до 10 (3B), что ожидается для проводящих наполнителей на основе углерода. Слой AgNWs был оптимизирован для минимизации количества неустойчивых металлических компонентов без ущерба для его проводимости. Когда оптимизированный базовый слой AgNW был введен в конфигурацию токосъемника, Rs значительно снизился до 0.74 ± 0.06 Ом/кв, и минимальные изменения наблюдались между различными объемными % NG. Двухслойные токосъемники с различными объемными % NG показали различное электромеханическое поведение (3C). В однослойной конфигурации AgNW на SEBS нормализованное сопротивление (R/R0) увеличилось более чем в 20 раз по сравнению с исходным значением при 50% деформации, но в двухслойной конфигурации R/R0 оставалось ниже 5. При 25 об. % NG наблюдались оптимальные электромеханические характеристики. Такое поведение объясняется образованием вторичного пути перколяции электронов, который соединяет области с низкой проводимостью в сети AgNW. При нагрузках NG выше 25 об. % электромеханические свойства токосъемника немного ухудшились, вероятно, из-за меньшего количества эластомера в композите.
Используя оптимизированное условие, были проведены циклические испытания токосъемников на растяжение на двухслойном токосъемнике (3D). Он показал стабильное изменение сопротивления при 30 и 50% циклической деформации с R/R0 ниже 2. При 100% циклической деформации R/R0 постепенно увеличивался до более 50 за 1000 циклов деформации.
Электрохимические эксперименты были проведены для исследования способности переднего буферного слоя и задней инкапсуляции SEBS защищать слой AgNW от деградации под действием смещения. Были проведены трехэлектродные CV измерения электродов, состоящих из одного слоя AgNW, встроенного в SEBS, который был подвергнут воздействию кислотного электролитного раствора. CV показала быструю электрохимическую коррозию AgNW, которая была видна как необратимый пик окисления из-за образования Ag+ во время первого цикла CV. Образование солевых частиц наблюдалось на снимках СЕМ (сканирующая электронная микроскопия) корродированных AgNW, что указывает на нарушение проводящей сети слоя.
В двухслойной конфигурации наблюдалась обратимая квазипрямоугольная вольтамперограмма, и для демонстрации электрохимической стабильности токосъемника было выполнено 10 сканирований CV в их растянутом состоянии при 0, 30, 50 и 100% деформации. Емкость оставалась относительно стабильной в течение 10 циклов на каждом уровне деформации и увеличивалась примерно до 125 и 180% от своего начального значения при 30 и 50% деформации соответственно (3E). При 100% деформации наблюдалось небольшое уменьшение емкости примерно до 175%, вероятно, из-за увеличения сопротивления токосъемника (3D).
Затем ученые выполнили 100 циклов CV на растянутом токосъемнике, и емкость оставалась относительно стабильной (3F). Снимки СЭМ двухслойного токосъемника при 100% деформации не показали никаких открытых нижних AgNW, что указывает на способность композита NG:SEBS функционировать как надежный электрохимический и механический буферный слой. Обратимые окислительно-восстановительные пики наблюдались на кривых CV токосъемника с буферным слоем. Они, вероятно, соответствуют поверхностной окислительно-восстановительной реакции Ag(0) в Ag(I) на AgNW, и кажется, что буферный слой подавляет растворение ионов Ag(I) в электролите, и даже при 100% деформации емкость электрода остается стабильной (3E и 3F).
Примечательно, что диффузия электролита с задней стороны токосъемника через инкапсуляцию SEBS защитила AgNW (3A). Учитывая, что электроды являются жидкостями, роль инкапсуляции имеет решающее значение в предотвращении высыхания электролита и жидкостей. Для оценки этого свойства был подготовлен пакет SEBS, содержащий жидкость красителя, растворенную в электролите. Клей SEBS использовался для обеспечения надлежащей герметизации слоев SEBS, а пакет был погружен в раствор электролита. Спектры поглощения раствора были получены в течение нескольких недель до и после растяжения, и никаких явных признаков утечки красителя из пакета не наблюдалось. Это говорит о том, что метод склеивания обеспечивает хорошую адгезию между различными слоями, а низкая проницаемость слоев SEBS под напряжением может предотвратить утечку электролита.
Основная функция растягиваемой разделительной мембраны заключается в электрической изоляции электродов друг от друга, при этом обеспечивая транспорт ионов. В этом случае в основном протоны транспортируются между катодом и анодом для облегчения окислительно-восстановительных реакций на соответствующих электродах. Мембрана также должна смягчать любое пересечение активных частиц в жидкостях под механическим напряжением, чтобы избежать ухудшения емкости батареи с течением времени. Для изготовления пористой разделительной мембраны SIBS использовался метод разделения фаз, вызванный испарением растворителя. Вкратце, SIBS растворяли в бинарной системе растворителей, содержащей толуол и диметилсульфоксид (DMSO от dimethyl sulfoxide), и при литье из-за их несмешиваемости и разной степени летучести происходит разделение фаз, при этом толуол испаряется с более высокой скоростью, которая начинается с интерфейса раствор/воздух (верхняя сторона), который движется вниз к нижней части раствора. Это привело к иерархической пористой структуре с размерами пор от 8 до 11 мкм при 0% деформации на верхней стороне мембраны (3G) и порами диаметром около 400 мкм, с более мелкими порами внутри нее, на нижней стороне.
Ионная проводимость мембран (3H) была измерена как функция одноосной деформации растяжения с учетом изменения толщины с использованием четырехточечного зонда EIS в батарее H. При растяжении мембраны от 0 до 100% деформации наблюдалось увеличение ионной проводимости от 0.071 до 0.15 мСм/м. Это можно объяснить образованием более крупных пор (3G) по мере растяжения мембраны, что сокращает расстояние ионного транспорта (3H). Для оценки перехода активных материалов через мембрану под напряжением были проведены испытания на проницаемость в течение 96 часов при 50% деформации (3I). Концентрация пермеатов для обеих жидкостей оставалась ниже 1% после 96 часов в расслабленном состоянии. При 50 и 100% деформации наблюдалось только минимальное увеличение концентрации до 3%, что могло быть связано с немного большим размером пор от 10 до 30 мкм (2G). Иерархическая пористая сеть мембраны, вероятно, обеспечивает большую извилистость для движения частиц, что минимизирует пересечение, несмотря на увеличение размера пор.
Изображение №4
Готовая батарея была собрана с общим (катодным и анодным) объемом жидкости 0.092 см3 с использованием оптимизированных растягиваемых компонентов батареи. Были получены кривые CV при различных скоростях сканирования 2, 5, 10 и 20 мВ/с от 0 до 1.4 В (4A). Вольтамперограммы показали широкие пики восстановления и окисления между 0.0 до 0.6 В и от 0.6 до 1.4 В соответственно, что соответствует механизму переноса заряда протон-электрон и емкостным вкладам PEDOT и углеродных наполнителей. На 4B показаны кривые гальваностатического разряда, взятые из первого цикла, а скорость разряда при различных плотностях тока (0.5, 0.6, 1, 1.3, 1.9 и 2.5 мА/см2) отражена на 4E.
Первоначальное увеличение емкости наблюдалось от первого до пятого цикла с 1.49 до 1.76 мАч/см3 при скорости 0.5 мА/см2. Кулоновская эффективность (CE от coulombic efficiency) при этой скорости оставалась примерно на уровне 80%, но по мере постепенного увеличения приложенного тока до 2.5 мА/см2, CE постепенно улучшается, приближаясь к 100%, и емкость уменьшается до 0.46 мАч/см3. При низких плотностях тока электроды более склонны к побочным реакциям расщепления воды и электрохимической деградации хинонных групп в сопряженных полимерах, что приводит к более низкому CE. Это отдельная, но важная проблема, которую необходимо решать для окислительно-восстановительно-активных органических материалов. Падение напряжения с ≈ 0.9 до 0.7 В также наблюдалось при увеличении приложенного тока и объясняется омическими потерями, происходящими при более высоких скоростях тока. Тем не менее батарея показала хорошую скоростную способность со стабильным сохранением емкости при каждом приложенном токе и восстанавливаемостью при возврате к более медленным скоростям 0.5 мА/см2. Кроме того, циклические GCD характеристики батареи показали хорошее сохранение емкости 85.2% в течение 500 циклов при 1.9 мА/см2. Небольшое снижение емкости также связано с нестабильностью окислительно-восстановительно-активных хинонных групп в лигнине.
Затем оценивались механические характеристики батареи. Батарея сначала заряжалась и разряжалась в исходном состоянии 0% деформации, а затем растягивалась до 30, 50 и 100% деформации, и цикл GCD измерялся в соответствующих растянутых состояниях (4E). Первоначальное увеличение емкости C/C0 ≈ 1.9 наблюдалось, когда батарея была растянута до 30% деформации, которая увеличивалась до C/C0 ≈ 2 при 50 и 100% деформации, после чего батарея восстанавливалась близко к своей первоначальной емкости C/C0 ≈ 1.2 по мере снятия деформации.
Вероятно, что емкость увеличивается в растянутом состоянии из-за увеличения ионной проводимости в мембране (3H), а уменьшение общей толщины батареи снижает как ионное, так и электрическое сопротивление по всей батарее. Токосъемники также могли повлиять на производительность, поскольку более высокая площадь поверхности в растянутом состоянии могла способствовать лучшему интерфейсному контакту с жидкостью, как это наблюдалось в увеличении емкости по мере растяжения токосъемника (3E).
Далее ученые оценили прочность, растянув батарею на 300 циклов при 30% деформации, а GCD цикл измерялся в ее исходном состоянии 0% деформации с интервалом в 50 циклов. Результаты показали сохранение 70% емкости после 150 циклов при 30% деформации, которая оставалась стабильной до 300 циклов растяжения (4F). Внутреннее сопротивление через батарею немного увеличилось с 33.5 до 50 Ом(с) в ее исходном состоянии и после 300 циклов деформации. Это можно объяснить небольшим увеличением сопротивления слоя токосъемника при циклической нагрузке (3D).
Испытание на механическую нагрузку показывает, что инкапсуляция и адгезия различных слоев батареи предотвращают утечку при механической нагрузке (4E и 4F). Для предоставления дополнительных доказательств батарея была погружена в фиксированный объем воды при pH 7, и измеренный pH оставался относительно стабильным в течение 6 дней. Затем батарея была растянута в течение 100 циклов при 30% деформации и повторно погружена в воду, и измеренный pH не изменился значительно в течение 7 дней. Это демонстрирует надежность инкапсуляции и метода склеивания, позволяющего скрепить компоненты батареи и защитить внутренние жидкости от утечки даже после приложения механической нагрузки к целому элементу.
Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых и дополнительные материалы к нему.
Эпилог
В рассмотренном нами сегодня труде ученые рассказали о созданной ими жидкой батарее.
Предыдущие попытки изготовить мягкие и растягиваемые батареи основывались на различных типах механических функций, таких как резиновые композитные материалы, которые можно растягивать, или соединения, которые скользят друг по другу. Однако данные методы не решали главную проблему — большая батарея имеет большую емкость, но наличие большего количества активных материалов сопряжено с более толстыми электродами и, следовательно, более высокой жесткостью.
Попытки создания жидкостных электродов ранее были основаны на использовании жидких металлов (например, галлия). Однако в таком случае материал может функционировать только как анод и имеет риск затвердевания во время зарядки и разрядки, теряя свою жидкую природу. Не говоря уже о том, что многие из ранее изготовленных растягивающихся батарей использовали редкие материалы, которые оказывают значительное воздействие на окружающую среду при добыче и обработке.
Авторы рассмотренного нами сегодня труда решили пойти другим путем и использовать проводящие полимеры и лигнин. Полученную в результате батарею можно заряжать/разряжать более 500 раз без значительного ухудшения ее характеристик.
В будущем ученые намерены продолжить работу над своим творением, в частности попытаться увеличить электрическое напряжение в батарее, так как в нынешнем варианте оно составляет всего лишь 0.9 вольт. Однако применение других химических соединений и их комбинаций может решить эту проблему.
Немного рекламы
Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).
Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Maincubes Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?
