Обликован попут кичме, нови дизајн омогућава изванредну флексибилност, високу густину енергије и стабилан напон без обзира на то како је савијен или увијен
Тренд флексибилне и носиве електронике брзо расте. Паметни сатови, паметно стакло, сензори и флексибилни дисплеји - попут паметних телефона, таблета, телевизора итд. Због тога се повећала и потражња за флексибилним батеријама високих перформанси. До сада се истраживачи суочавају са проблемима како да постигну флексибилност и високу густину енергије у литијум-јонским батеријама.
Иуан Ианг Доцент за науку о материјалима и инжењерство на одсеку за примењену физику и математику на Цолумбиа Енгинееринг и његов тим развили су прототип који је у стању да се суочи са овим изазовима. Иуан тим обликовао је свој флексибилни прототип батерије попут људске кичме која омогућава невероватну флексибилност са великом густином енергије, а такође обезбеђује стабилан напон, чак и да није важно како је увијена или савијена.
„Густина енергије нашег прототипа једна је од највећих забележених до сада“, каже Ианг. „Развили смо једноставан и скалабилан приступ за производњу флексибилне литијум-јонске батерије налик кичми која има изврсна електрохемијска и механичка својства. Наш дизајн је врло перспективан кандидат као прва генерација, флексибилна, комерцијална литијум-јонска батерија. Сада оптимизујемо дизајн и побољшавамо његове перформансе. “
Иуан тим инспирисан гипким покретима кичме током вежбања у теретани. Људска кичма је изузетно флексибилна и механички робусна. Иуан је користио модел кичме за израду батерије у истом дизајну. Прототип има широк и чврст сегмент који може да складишти енергију увртањем електрода око танког флексибилног дела који електроде повезује. Према дизајну људске кичме, електроде представљају „пршљен“, а флексибилни део представља „срж“.
„Како је запремина дела круте електроде знатно већа од флексибилне међусобне везе, густина енергије такве флексибилне батерије може бити већа од 85 процената батерије у стандардном комерцијалном паковању“, објашњава Ианг. „Због високог удела активних материјала у целој структури, наша батерија слична кичми показује веома високу густину енергије - већу од било ког другог извештаја којег смо упознати. Батерија је такође успешно преживела оштар тест динамичког механичког оптерећења због нашег рационалног дизајна инспирисаног био-технологијом. “
Јуанов тим је одвојио аноду / сепаратор / катоду / сепаратор у дугачке траке са вишеструким „гранама“ које су се пружале за 90 степени од „кичме“. Затим обавијају сваку грану око кичме и формирају густе хрпе за складиштење енергије, попут пршљенова у кичми. Због овог јединственог дизајна, густина енергије батерије ограничена је само уздужним процентом слогова налик пршљенима у поређењу са читавом дужином уређаја, који лако може достићи преко 90 процената.
Тестирајући прототип бициклизмом, пронашли су стабилне контуре напона, што је потврдило механичку стабилност њиховог прототипа. Такође су га савијали и завртали чак и након пражњења, али дизајн је савршен да није утицао на обрисе напона. Тестирање се врши стављањем батерије са већом густином струје, а задржавање капацитета је такође велико (84 процента на 3Ц, пуњење за 1/3 сата). Прототип је такође прошао тест динамичког механичког оптерећења.
„Наш дизајн налик кичми механички је робуснији од уобичајених дизајна“, каже Ианг. „Претпостављамо да би наша био-инспирисана, скалабилна метода за производњу флексибилних Ли-ион батерија могла увелико унапредити комерцијализацију флексибилних уређаја.“