Strækbart lithium-ion batteri baseret på ny mikro-bikagestruktur

Et koreansk forskerhold har udviklet et lithium-ion-batteri, der er fleksibelt nok til at blive strækket. Dr. Jeong Gon Sons forskerhold ved Photo-Electronic Hybrids Research Center ved Korea Institute of Science and Technology (KIST) meddelte, at de havde konstrueret en høj kapacitet, strækbart lithium-ion batteri. Batteriet blev udviklet ved at fremstille en strukturelt strækbar elektrode, der udelukkende består af elektrodematerialer og derefter samles med en strækbar gelelektrolyt og strækbar emballage.

Hurtige teknologiske fremskridt i elektronikindustrien har ført til et hurtigt voksende marked for højtydende bærbare enheder, såsom smart bands og kropsimplanterbare elektroniske enheder, såsom pacemakere. Disse fremskridt har betydeligt øget behovet for, at energilagringsenheder er designet i fleksible og strækbare former, der efterligner menneskelig hud og organer.

Imidlertid, det er meget svært at give batteriet strækbarhed, fordi det faste uorganiske elektrodemateriale optager det meste af volumen, og andre komponenter såsom strømaftagere og separatorer skal også gøres strækbare. Ud over, problemet med lækage af flydende elektrolyt under deformation skal også løses, samt problemet med utæt flydende elektrolyt.

For at løse disse problemer, Dr. Jeong Gon Sons forskerhold på KIST fokuserede på at skabe en harmonika-lignende mikrostruktur, som giver strukturel strækbarhed til ikke-strækbare materialer, og konstruerede således en mikro-indad buet elektroderamme i en honeycomb-form. Den indad ragede honeycomb-ramme bestod af atomtyk grafen, som tjener som et gardin, og kulstof nanorør, som dannede et reb i nanostørrelse. Den honeycomb-formede kompositramme, lavet af aktive materialer, grafen, og kulstof nanorør, blev stødt indad som et harmonika ved hjælp af en radial kompressionsproces, der ligner rulning af koreanske risruller (gimbap), hvilket resulterede i skabelsen af ​​strækbare egenskaber.

Elektroderne udviklet af forskerholdet indeholder ingen materialer, der typisk bruges til strækbarhed - såsom gummi - der ikke letter energilagring. Alle de materialer, som forskerholdet bruger i deres nyudviklede batteri, udnyttes fuldt ud til energilagring og ladetransport. Faktisk, det strækbare batteri skabt af teamet viste en energilagringskapacitet (5,05 mAh/cm ² ), der er lige så høj som eksisterende ikke-strækbare batterier.

De nyligt introducerede strækbare gelelektrolytter og strækbare emballagematerialer, der blokerer for luft og fugt og forhindrer elektrolytterne i at lække. Det resulterende strækbare batteri viste en høj arealkapacitet på 5,05 mAh/cm ² , overlegen elektrokemisk ydeevne op til 50 % belastning under gentagne (op til 500) stræk-frigørelsescyklusser og langtidsstabilitet på 95,7 % efter 100 cyklusser under luftforhold.

Dr. Jeong Gon Son ved KIST sagde, "Det strækbare lithium-ion-batteri, der er udviklet gennem denne forskning, forventes at præsentere et nyt paradigme med hensyn til strækbare energilagringssystemer til videreudvikling af bærbare og kropsimplanterbare elektroniske enheder."