Исследователи из Цзилиньского университета в Китае разработали эластичную и самовосстанавливающуюся литий-ионную батарею, которую можно растягивать до 250 процентов от первоначального размера без потери ее рабочей емкости.
Даже если аккумулятор разрезан, он может восстановиться и возобновить работу, если собрать все компоненты вместе.
Литий-ионные аккумуляторы обеспечивают самую высокую плотность энергии среди всех технологий хранения энергии, изобретенных на сегодняшний день. Это означает более высокий диапазон для электромобилей или более длительное время работы аккумуляторов для ноутбуков и смартфонов, занимая при этом лишь часть пространства, которое занимали бы обычные технологии, такие как свинцово-кислотные аккумуляторы.
Однако по мере дальнейшего развития технологий разрабатываются такие устройства, как мягкие роботы, носимые устройства и электронная кожа. Для беспрепятственного использования этим устройствам требуется гибкое хранение энергии, и исследователи работали над их разработкой в течение последних нескольких лет с использованием литий-ионной химии.
Однако, при гибкости, существует также риск поломки внутренних компонентов ячеек аккумулятора и возникновения короткого замыкания. Чтобы избежать этого, самовосстановление является важной характеристикой, которой должна обладать батарея, особенно когда они сделаны эластичными.
Для достижения этой цели исследователи из Цзилиньского университета применили инновационный подход.
Сплавление электролита и электродов
Исследовательская группа под руководством профессора Цзилиньского университета Сяокуна Лю создала литий-ионный аккумулятор с использованием длинных полимерных молекул, соединенных друг с другом углеродными и азотными связями, также известными как иминные связи.
Полимер может связываться как с положительными, так и с отрицательными электродами батареи, а также служить электролитом. Затем команда построила небольшую литий-ионную батарею, используя литий-железо-фосфат и титанат лития для электродов.
Сделав это, команда разработала батарею с конфигурацией «все в одном», где электролит и электроды были сплавлены вместе на интерфейсе. Батарея продолжала выдавать энергию, даже когда ее растягивали или даже разрезали пополам и собирали обратно.
Насколько хорошо работала батарея?
Исследователи по всему миру пытаются создать растягивающиеся и самовосстанавливающиеся батареи. Однако, по словам исследователей, эти батареи скорее гибкие, чем растягивающиеся, и растягивающиеся батареи не могут самовосстанавливаться.
В своем подходе команда Лю достигла редкого двойного подвига с помощью динамических ковалентных полимеров. Полимерный электролит имеет ионную проводимость 3,6 × 10−4 См см−1 при комнатной температуре и способность к удлинению 250 процентов, написала команда в исследовательской статье.
Группа также обнаружила, что полимер очень эластичен, а ионная проводимость не меняется кардинально при увеличении деформации.
Аккумулятор демонстрирует способность к самовосстановлению при комнатной температуре. После разрезания и заживления он показал среднюю разрядную емкость 126,4 мАч на грамм и мог стабильно питать светодиод (LED).
Хотя это может показаться незначительным достижением, оно закладывает основу для дальнейшей работы в этом направлении и разработки растягиваемых электронных устройств и носимых устройств в будущем.
Результаты исследования опубликованы в журнале Supramolicular Materials .