Ultra-fleksibel batteris ydeevne stiger for at imødekomme kravene til bærbar elektronik

(Phys.org) - Mens der på det seneste har været meget forskning om udviklingen af ​​fleksible elektroniske enheder, der kan integreres i tøj, briller, ure, og jævn hud, den begrænsende faktor for denne teknologi er batteriet. Selvom fleksible batterier fremstillet af carbon nanorør og grafen for nylig er blevet udviklet, de står stadig over for forhindringer på grund af deres høje modstands- og skalerbarhedsproblemer.

Nu i en ny undersøgelse, forskere har fuldstændig revideret nøglekomponenterne i et typisk batteri ved at bruge nye materialer, der giver overlegen ydeevne under ekstreme foldningsforhold sammenlignet med fleksible genopladelige batterier fremstillet af carbon nanomaterialer.

Ultimativt, et sådant tekstilbatteri kunne enten fastgøres på tøj eller indlejres mellem vævede lag i tøjstoffet. Det ville levere strøm til bærbare elektroniske enheder, der opfylder funktionerne i nutidens smartphones, lige fra at se videoer til at tage billeder til at bruge sociale medier.

Forskerne, ledet af Taek-Soo Kim, Jung-Yong Lee, og Jang Wook Choi ved KAIST Institute NanoCentury ved Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) i Daejeon, Sydkorea, har udgivet deres papir om det nye bærbare batteri i en nylig udgave af Nano bogstaver .

Ligesom den begrænsende faktor for fleksibel elektronik er batteriet, de fleksible batteriers begrænsende faktorer er elektroderne, nuværende samler, og andre centrale batterikomponenter, der traditionelt er fremstillet af stive materialer.

I stedet for at bruge carbon nanomaterialer til disse nøglekomponenter, forskerne her undersøgte en lang række ukonventionelle kandidater til batterimateriale. De besluttede i sidste ende at bruge polyestergarn som tekstilsubstrat, som de dækkede med nikkel som den nuværende opsamler. Nikkelbelægningen blev derefter overtrukket med polyurethan for at danne elektroderne, sammen med bindemiddel og separator, som understøtter elektroderne.

"Den største betydning af vores arbejde er, at litiumionbatteriernes bæreevne bliver lettere ved at bygge batterisamlingerne af det samme materiale som modertøjet, tekstil, "Fortalte Choi Phys.org . "Omformning af batterisystemet ved at engagere materialerne i de målapplikationer, som batterierne er knyttet til, er en nøgleidé i det aktuelle arbejde."

Sammen, disse materialer skaber et batteri, der både har en høj ydelse og fremragende fleksibilitet. Præstationsmæssigt, nikkelbelægningen giver batteriet en meget lille modstand, der er flere størrelsesordener mindre end for nanomaterialer af kulstof, og ligner den for aluminium, der bruges i konventionelle (ufleksible) batterier.

Forskerne demonstrerede batteriets gode ydeevne under foldningsforhold ved at bygge et hjemmelavet foldeinstrument, der folder hver 1,5 cm ved en tæt komprimeret foldningsradius på 0,65 mm-en grad af foldning, der er mere ekstrem end den, der blev brugt til at teste de fleste andre tekstilbatterier. Alligevel, det nye batteri viser, at efter 5500 dybe folde-udfoldelsescykler, den bevarer 91,8% af sin oprindelige kapacitet. (Kapaciteten på dette batteri er 13 mAh, men kan forbedres til 85 mAh ved hjælp af en anden metode til vævning af polyestergarn, og forskerne forventer yderligere forbedringer i fremtiden.)

Ud over disse attraktive ejendomme, forskerne demonstrerede også, at fleksible polymersolceller kan integreres i tekstilbatteriet og bruges til at genoplade batteriet, mens det bæres, eliminerer behovet for at koble batteriet (og din skjorte eller ur, osv.) til en stikkontakt, hver gang den skal oplades. Forskerne skriver, at solopladningssystemet er anstændigt, og demonstrere, at et fuldt solopladet tekstilbatteri kan tænde ni lysdioder, der hver har et strømforbrug på 0,042 W.

Samlet set, det nye tekstilbatteri viser, at energilagringskomponenten i bærbar elektronik indhenter andre komponenter, bringe bærbar elektronik et skridt tættere på virkeligheden.

"Vi har brug for yderligere afstemning af batteriets egenskaber i flere aspekter (energitæthed, driftsspænding, osv.) afhængigt af målapplikationer, "Choi sagde." Kommunikation med industrien, der beskæftiger sig med slutapplikationer, går i øjeblikket i denne retning. "

© 2013 Phys.org. Alle rettigheder forbeholdes.