Уже много лет учёные пытаются сделать аккумулятор, способный скручиваться, растягиваться и выдерживать серьёзные повреждения. Разные команды исследователей добивались серьёзного прогресса, и предложили несколько потенциальных решений этой задачи. В новом исследовании группы учёных под руководством Калифорнийского университета в Беркли, опубликованном в журнале Science Advances, описывается, возможно, лучшая гибкая батарея на сегодняшний день.
Ключом к прорыву стало создание водостойкого гидрогелевого электролита в паре с литиевыми солями, не содержащими фтора. Это было нелегко, поскольку эти ингредиенты нетипичны для обычных литий-ионных батарей. Но, пойдя по этому пути, команда смогла разработать батарею, которая способна оставаться стабильной при более высоком напряжении и не использовать токсичные соединения фтора. Конечно, создать такую батарею практически с нуля было нелегко.
«Многие материалы, которые мы использовали, нестандартны для обычных литий-ионных батарей, — рассказал Пейшенг Хе (Peisheng He), постдокторант из Калифорнийского университета в Беркли и ведущий автор исследования. — Мы преодолели множество трудностей, делали выводы на основе неудачных испытаний, создавали и постоянно совершенствовали протоколы изготовления и тестирования».
Главное преимущество новой батареи — её беспрецедентная гибкость. Сами по себе растягивающиеся батареи не новы — ранее в этом месяце команда из Университета Линчепинга в Швеции показала растягивающуюся батарею, похожую на зубную пасту, которая могла работать при напряжении 0,9 вольта и перезаряжаться около 500 раз.
Однако новая батарея не только даёт втрое большее напряжение, выдерживая при этом скручивание, складывание, растягивание и удары молотком — её можно многократно проткнуть ножом, и она будет продолжать выдавать ток. Чтобы сделать ещё один шаг вперёд, исследователи разрезали батарею пополам, и после самовосстановления она сохранила до 90 процентов своей первоначальной ёмкости.
Это заметное улучшение по сравнению с предыдущими попытками — например, предыдущие итерации гибких батарей оставались стабильными только при напряжении 1,23 вольта — но пока её плотность энергии составляет примерно одну десятую от традиционной литий-ионной батареи.
«Интегрировав нашу разработку в браслет смарт-часов, можно кратно увеличить ёмкость батареи часов, и тогда подзарядка будет требоваться только раз в неделю или дольше», — сказал IEEE Spectrum соавтор исследования Анджу Тоор из Технологического института Джорджии.
Если за технологиями будущее, то гибкие, самовосстанавливающиеся батареи, скорее всего, станут источником энергии, питающим это будущее.
