Forskare vid ETH Zürich runt professorn för multifunktionella material Markus Niederberger har utvecklat ett batteri som består helt av mjukt material och kan böjas, sträckas, vridas och vikas. Detta bör ligga till grund för större batterier i smartphones och fällbara kläder.
Litiumjonbatterier är för närvarande styva och brandfarliga när de skadas av överdrivet tryck som böjning, vilket gör det till stor del olämpligt för användning i kläder och flexibla elektroniska apparater. Prototypens flexibla tunna filmbatteri från ETH Zurich kan å andra sidan böjas, vridas och sträckas utan att störa strömförsörjningen.
Kärnan i detta nya batteri är hydrogelelektrolyten, som är en del av batteriet genom vilket litiumjoner måste röra sig när batteriet fylls på eller laddas. Elektrolyten utvecklades av ETH: s doktorand Xi Chen. Batteriets smörgåsdesign är baserad på kommersiella batterier, men för första gången använde forskare bara flexibla komponenter för att hålla det totala batteriet flexibelt och töjbart.
Silverflingor som kakel
De två strömkollektorerna för anoden och katoden är tillverkade av töjbar plast som innehåller elektriskt ledande kol. Detta är den yttre huden på en gång. Inuti plasten applicerade forskarna ett tunt lager av små silverflingor. På grund av arrangemanget av silverflingor som taket förlorar de inte kontakten med varandra även om plasten är sträckt. Detta garanterar den nuvarande konduktören även när den är mycket stark. Men om silverflingorna förlorar kontakten med varandra, strömmar elektrisk ström, även om den är svagare, genom kolsyrade plast.
Med hjälp av en mask sprayade forskarna sedan anod eller katodpulver i det område som bestämdes exakt på silverfodret. Katodpulvret innehåller litiummanganoxid, vanadiumoxidanod.
bild 1 av 2
Vattenbaserad gelelektrolyt
Separerade med ett separationslager som liknar en bildram placerade forskarna slutligen två strömsamlare tillsammans med den applicerade elektroden och fyllde gapet i ramen med en elektrolytgel.
Denna gel är mer miljövänlig än elektrolytvätskor som tidigare var giftiga och brandfarliga, vilket betonades av Niederberger. Den som utvecklats av doktoranden Xi Chen är å andra sidan baserad på vatten. Litiumgel införs i höga koncentrationer i gelén, vilket inte bara möjliggör migrering av litiumjoner mellan katoden och anoden under laddning och urladdning, utan också förhindrar den elektrokemiska sönderdelningen av vatten.
I praktiken är det fortfarande en brist på täthet
För sin prototyp kombinerade forskarna olika komponenter med lim. I kommersiell praxis kan emellertid denna teknik inte användas eftersom det inte finns någon garanterad långsiktig täthet. För kommersialisering av batterier måste därför en metod hittas för att säkerställa detta. Belastningen av elektrodmaterial måste också ökas.
