Pramonės naujienos

Nauja baterija yra 10 kartų galingesnė už pažangiausias, lanksti ir įkraunama

2021-06-16
TEMOS:
Baterijų technologija, nanotechnologijos, UCSD, įkraunama baterija
KALIFORNIJOS UNIVERSITETAS - SAN DIEGO 2020 M. GRUODŽIO 7 D.



Baterijos sėkmingai maitino lanksčią ekrano sistemą su mikrovaldikliu ir „Bluetooth“ moduliais. Akumuliatorius taip pat veikė geriau nei parduodami Li monetų elementai. Kreditas: Kalifornijos universitetas, San Diegas

Mokslininkų komanda sukūrė lanksčią, įkraunamą sidabro oksido-cinko bateriją, kurios energijos tankis yra nuo 5 iki 10 kartų didesnis nei naujausių technologijų. Taip pat lengviau gaminti bateriją; Nors dauguma lanksčių baterijų turi būti gaminamos steriliai, vakuume, tai galima atspausdinti šilkografija įprastomis laboratorijos sąlygomis. Prietaisas gali būti naudojamas lanksčioje, ištempiamoje nešiojamųjų ir minkštosios robotikos elektronikoje.

Komanda, kurią sudaro Kalifornijos San Diego universiteto ir Kalifornijoje įsikūrusios bendrovės „ZPower“ tyrėjai, išsamiai paaiškina savo išvadas 2020 m. Gruodžio 7 d. Žurnalo „Joule“ numeryje.

„Mūsų baterijos gali būti suprojektuotos remiantis elektronika, o ne elektronika, suprojektuota aplink baterijas“,-sakė vienas iš pirmųjų straipsnio autorių ir daktaras Lu Yinas. UC San Diego nanotechnologijų profesoriaus Joseph Wang tyrimo grupės studentas.

Šio novatoriško akumuliatoriaus talpa kambario temperatūroje yra 50 miliamperų kvadratiniam centimetrui-tai yra 10-20 kartų daugiau nei įprastos ličio jonų baterijos talpa. Taigi tam pačiam paviršiaus plotui Joule aprašyta baterija gali tiekti 5–10 kartų daugiau energijos.

„Tokio masto teritorijos pajėgumai dar niekada nebuvo įgyti“, - sakė Yinsaid. „Ir mūsų gamybos metodas yra prieinamas ir keičiamas.“



Šio novatoriško akumuliatoriaus talpa kambario temperatūroje yra 50 miliamperų kvadratiniam centimetrui-tai yra 10-20 kartų daugiau nei įprastos ličio jonų baterijos talpa. Taigi tam pačiam paviršiaus plotui Joule aprašyta baterija gali tiekti 5–10 kartų daugiau energijos. Kreditas: Kalifornijos universitetas, San Diegas

Naujoji baterija yra didesnės talpos nei bet kuri iš rinkoje esančių lanksčių baterijų. Taip yra todėl, kad akumuliatoriaus varža yra daug mažesnė - elektros grandinės ar prietaiso atsparumas alternatyviai srovei. Kuo mažesnė varža, tuo geresnis akumuliatoriaus veikimas nuo didelės srovės iškrovos.

„Sparčiai augant 5G ir daiktų interneto (daiktų interneto) rinkai, ši baterija, kuri pralenkia komercinius produktus didelės srovės belaidžiuose įrenginiuose, greičiausiai bus pagrindinis varžovas kaip naujos kartos plataus vartojimo elektronikos energijos šaltinis“,-sakė Jonathanas. Scharf popieriaus pirmasis autorius ir daktaras. kandidatas į UC San Diego nanotechnologijų profesoriaus Ying Shirley Meng tyrimų grupę.

Baterijos sėkmingai maitino lanksčią ekrano sistemą su mikrovaldikliu ir „Bluetooth“ moduliais. Akumuliatorius taip pat veikė geriau nei parduodami Li monetų elementai.

Atspausdinti akumuliatoriaus elementai buvo įkrauti daugiau nei 80 ciklų, nerodant jokių didelių talpos praradimo požymių. Ląstelės taip pat išliko funkcionalios, nepaisant pakartotinio lenkimo ir sukimo.

„Pagrindinis mūsų tikslas buvo pagerinti baterijų našumą ir gamybos procesą“, - sakė Ying Shirley Meng, UC San Diego medžiagų atradimo ir dizaino instituto direktorius ir vienas iš atitinkamų šio straipsnio autorių.

Norėdami sukurti akumuliatorių, tyrėjai naudojo patentuotą „ZPower“ katodo dizainą ir chemiją. Wangas ir jo komanda prisidėjo prie spausdinamų, ištempiamų jutiklių ir ištempiamų baterijų. Meng ir jos kolegos suteikė savo žinių apie elektrocheminių energijos kaupimo sistemų apibūdinimą ir apibūdino kiekvieną akumuliatoriaus prototipo kartojimą, kol jis pasiekė didžiausią našumą.

Geresnio našumo receptas

Išskirtinis akumuliatoriaus energijos tankis yra dėl jo sidabro oksido-cinko (AgO-Zn) chemijos. Dauguma komercinių lanksčių baterijų naudoja Ag2O-Zn chemiją. Todėl jie paprastai turi ribotą ciklo tarnavimo laiką ir mažą pajėgumą. Tai riboja jų naudojimą mažos galios vienkartinei elektronikai.

AgO tradiciškai laikomas nestabiliu. Tačiau „ZPower“ AgO katodo medžiaga remiasi patentuota švino oksido danga, kad pagerintų „AgO“ elektrocheminį stabilumą ir laidumą.

Papildoma nauda yra tai, kad „AgO-Zn“ chemija yra atsakinga už mažą akumuliatoriaus varžą. Baterijos spausdinti srovės kolektoriai taip pat turi puikų laidumą, o tai taip pat padeda pasiekti mažesnę varžą.

Patobulinta gamyba

Tačiau „AgO“ niekada nebuvo naudojamas ekrano atspausdintoje baterijoje, nes jis yra labai oksidacinis ir greitai chemiškai suyra. Bandydami įvairius tirpiklius ir rišiklius, Wang laboratorijos UC San Diego tyrėjai sugebėjo rasti rašalo formulę, kuri padaro AgO gyvybingą spausdinti. Dėl to akumuliatorių galima atspausdinti vos per kelias sekundes, kai tik bus paruošti dažai. Jis yra sausas ir paruoštas naudoti per kelias minutes. Akumuliatorius taip pat galėtų būti atspausdintas „ritininis ritininis“ procesas, kuris padidintų greitį ir padidintų gamybą.

Baterijos yra atspausdintos ant polimerinės plėvelės, kuri yra chemiškai stabili, elastinga ir turi aukštą lydymosi temperatūrą (apie 200 ° C arba 400 laipsnių pagal Farenheitą), kurią galima termiškai užsandarinti. Dabartiniai kolektoriai, cinko anodas, AgO katodas ir juos atitinkantys separatoriai sudaro sukrautą šilkografinį sluoksnį.

Komanda jau dirba su naujos kartos akumuliatoriumi, siekdama pigesnių, greitesnių įkrovimo įrenginių su dar mažesne varža, kurie būtų naudojami 5G įrenginiuose ir minkštoje robotikoje, kuriai reikia didelės galios ir pritaikomų bei lanksčių formų.

Nuoroda: „Aukštos kokybės atspausdinta„ AgO-Zn “įkraunama baterija lanksčiai elektronikai“, autoriai Lu Yin, Jonathan Scharf, Jessica Ma, Jean-Marie Doux, Christopher Redquest, Viet L. Le, Yijie Yin, Jeff Ortega, Xia Wei, Joseph Wang ir Ying Shirley Meng, 2020 m. Gruodžio 7 d., Joule.
DOI: 10.1016/j.joule.2020.11.008