Strækbare natriumionbatterielektroder fremstillet ved hjælp af sukkerterninger

(Phys.org) —Forskere har brugt sukkerterninger som en skabelon til syntetisering af strækbare batterielektroder, som fungerer som en nøglekomponent i nydesignede strækbare, men mekanisk robuste natriumionbatterier. Selvom der for nylig har været meget forskning om strækbare batterier, normalt indeholder disse enheder stadig nogle stive komponenter. Ved at bruge elektroder skabeloneret på sukkerterninger, det nye batteri er et af de første natriumionbatterier, hvis komponenter alle er fuldt strækbare.

Forskerne, ledet af Guihua Yu ved University of Texas i Austin, har udgivet et papir om de nye strækbare batterier i en nylig udgave af Avancerede materialer .

Ved at starte med sukkerterninger, forskerne var i stand til at få størrelsen, form, og porøsitet nødvendig for højtydende batterielektroder. Forskerne lagde først almindelige sukkerterninger oven på en polymergel i et fad. Efter at fadet var anbragt i et vakuum, opvarmet i en ovn, og vasket, sukkeret blev opløst, og polymergelen tog sin plads, hvilket resulterer i strækbare polymersvampe. Polymersvampernes porer blev derefter fyldt med en ledende grafenbaseret opløsning for at skabe "svampelektroder, "som forskerne opnåede ved at nedsænke svampene i opløsningen og klemme dem flere gange for at opsuge den.

Som forskerne forklarede, svampens porøse arkitektur giver en kombination af strækbarhed, mekanisk styrke, hurtig natriumiontransport, og stor lagerkapacitet. Test viste, at det fulde batteri kan strækkes til 50% ud over dets oprindelige længde, og at stammen er begrænset af polymermaterialets iboende egenskaber. Forskerne forventer, at ændring af polymeren eller udvikling af en ny nanoarchitectured elastomer yderligere kan øge batteriets strækbarhed.

"Dette første af sin slags batteridesign bevarer bedre mekaniske egenskaber sammenlignet med de fleste rapporterede designs ved hjælp af en eller flere stive komponenter, der ikke opfylder kravet til strækbarhed for hele enheden, "Yu fortalte Phys.org." Desuden, den demonstrerede elektrokemiske ydeevne konkurrerer med de fleste tidligere rapporterede strækbare energisystemer. Dette nye, strækbare natriumionbatteri repræsenterer et lovende alternativ til den næste generation af energilagringsteknologier i en bred vifte af applikationer. "

I sin nuværende form, batteriet bevarer næsten 90% af sin kapacitet efter 100 cyklusser med strækning til 50% belastning. Denne ydelse er tilstrækkelig til at sætte forskerne i stand til at montere det strækbare batteri på en albue, og demonstrer, at batteriet fortsat driver en LED, når brugerens arm er bøjet i forskellige vinkler. Det strækbare batteri har potentielle anvendelser i kompatible sundhedsovervågningssensorer, bærbare kommunikationsenheder, roll-up displays, og implanterbart medicinsk udstyr.

I fremtiden, forskerne planlægger at foretage yderligere forbedringer af batteriet, såsom forlængelse af levetiden og opskalering af designet til større batterier. De forventer, at svampens design også kan udvides til andre typer enheder, såsom energiindsamlingsanordninger.

"Fremtidige retninger vil være fokuseret på yderligere at forbedre de mekaniske egenskaber og den elektrokemiske ydeevne, sammen med at sænke fremstillingsomkostningerne, "Sagde Yu.

© 2017 Phys.org