Традиционные батареи представляют собой жесткие блоки, что создает трудности при разработке компактной, гибкой и носимой электроники. Ученые намерены решить эту проблему, переосмыслив компоненты батарей. Результатом становятся тонкие и гибкие материалы, способные надежно удерживать заряд после многократных растяжений и сжатий.
Недавно две независимые исследовательские группы почти одновременно опубликовали работы о перспективах создания гибких батарей. Несмотря на отсутствие связи, в статьях описаны схожие прототипы.
Эластичная батарея из Университета Нанкина
Американское химическое общество сообщает о разработке командой из Университета Нанкина литий-ионного аккумулятора, компоненты которого могут растягиваться до 5000% от исходной длины. При этом батарея сохраняет работоспособность на протяжении примерно 70 циклов полной зарядки.
По словам ученых, предыдущие попытки создания гибких батарей предусматривали складывание твердых материалов, подобно бумаге, или их вплетение в проводящую ткань. Однако такие методы сложны в производстве, а сами батареи теряют заряд из-за ослабления компонентов при многократном растяжении и складывании.
Команда из Нанкина решила проблему, сделав эластичными все части батареи. Ее электроды, имеющие решающее значение, состоят из проводящей пасты, нанопроволоки из серебра, углерода, полидиметилсилоксана, литиевой соли, электродной пленки и защитного покрытия. При активации светом образуется твердый слой, напоминающий резину.
Несмотря на необходимость дальнейших разработок, данный материал позволит носимым устройствам и имплантам лучше подстраиваться к движениям пользователя.
Желеобразная батарея из Кембриджского университета
В тот же день, что и исследователи из Нанкина, группа из Кембриджского университета опубликовала альтернативный подход.
Их работа привела к созданию желеобразного материала, способного удерживать заряд и возвращаться к исходной форме после сжатия или растяжения в 10 раз. Ключевой компонент – гидрогели, в основном состоящие из воды, но обладающие свойствами, позволяющими ученым менять их механические характеристики.
Изменяя содержание соли в гидрогелях, их можно сделать более клейкими и прочными, увеличивая заряд и позволяя растягиваться без его потери. Исследователи потенциально смогут менять свойства материала, чтобы он соответствовал тканям человека, что идеально подходит для питания электрических имплантатов. В ближайшем будущем планируются испытания на живых организмах.
Примечательно, что дизайн кембриджского исследования во многом вдохновлен биологическим строением электрических угрей, которые используют специальные органы для поражения добычи. Ранние исследования электрических угрей в 18 веке также легли в основу изобретения первой электрической батареи в 1800 году.
