Pramonės naujienos

Įtempiama ličio jonų baterija, pagrįsta nauja mikro korio struktūra

2021-08-03


Ištempiamų baterijų gamybos proceso schema Kreditas: Korėjos mokslo ir technologijų institutas (KIST)


Korėjos tyrimų grupė sukūrė ličio jonų bateriją, kuri yra pakankamai lanksti, kad ją būtų galima ištempti. Korėjos mokslo ir technologijų instituto (KIST) Fotoelektroninių hibridų tyrimų centro daktaro Jeongo Gono Sono tyrimų grupė paskelbė sukūrusi didelės talpos ištempiamą ličio jonų bateriją. Baterija buvo sukurta gaminant struktūriškai ištemptą elektrodą, sudarytą tik iš elektrodų medžiagų, o po to surenkamas ištempiamu gelio elektrolitu ir ištempiama pakuote.

Sparti technologinė pažanga elektronikos pramonėje paskatino sparčiai augančią didelio našumo nešiojamų prietaisų, tokių kaip išmaniosios juostos ir į kūną implantuojami elektroniniai prietaisai, tokie kaip širdies stimuliatoriai, rinką. Šie pasiekimai žymiai padidino poreikį sukurti energijos kaupimo įtaisus lanksčiomis ir tampriomis formomis, imituojančiomis žmogaus odą ir organus.

Tačiau labai sunku akumuliatoriui suteikti elastingumo, nes kieta neorganinė elektrodo medžiaga užima didžiąją dalį tūrio, o kiti komponentai, tokie kaip srovės kolektoriai ir separatoriai, taip pat turi būti ištempiami. Be to, taip pat turi būti išspręsta skysto elektrolito nutekėjimo problema esant deformacijai, taip pat skysčio elektrolito nutekėjimo problema.



(A) Surinktos ištempiamos baterijos elemento schema. (B) Ištempiamos baterijos energijos talpa: a) aplinka, kurioje taikomi 0–50% skirtumai, b) aplinka, kurioje nesikeičia daug atliekant ilgus įkrovimo ar iškrovimo eksperimentus. (C) Sandėliavimo talpos pokytis, išmatuotas, kai 0% ir 50% variantai kartojami 500 kartų. (D) LED lempos, veikiančios pailgėjimo ir išsiplėtimo būsenoje, nuotrauka ( 50% įtempimas) ištempiama baterija. Kreditas: Korėjos mokslo ir technologijų institutas (KIST)


Siekdama išspręsti šias problemas, daktaro Jeongo Gono Sono tyrimų grupė KIST sutelkė dėmesį į akordeoną primenančios mikrostruktūros sukūrimą, kuri suteikia netempiamoms medžiagoms struktūrinį ištempimą, ir taip sukonstravo į vidų išlenktą elektrodo struktūrą korio pavidalu. figūra. Į vidų išsikišęs korinis karkasas susidėjo iš atomo storio grafeno, kuris tarnauja kaip užuolaida, ir anglies nanovamzdelių, kurie sudarė nano dydžio virvę. Korio formos kompozitinis rėmas, pagamintas iš aktyvių medžiagų, grafeno ir anglies nanovamzdelių, viduje buvo išsikišęs kaip akordeonas, naudojant radialinį suspaudimo procesą, panašų į korėjietiškų ryžių ritinėlių valcavimą (gimbap), dėl kurio buvo sukurtos tamprios savybės.

Tyrėjų grupės sukurtuose elektroduose nėra medžiagų, paprastai naudojamų tempimui, pavyzdžiui, gumos, kurios nepalengvina energijos kaupimo. Visos medžiagos, kurias tyrėjų komanda naudoja naujai sukurtoje baterijoje, yra visiškai panaudotos energijos kaupimui ir įkrovimui. Tiesą sakant, komandos sukurta ištempiama baterija parodė energijos kaupimo talpą (5,05 mAh/cm2), kuri yra tokia pat didelė, kaip ir esamos netempiamos baterijos.

Naujai pristatyti ištempiami gelio elektrolitai ir tamprios pakavimo medžiagos, kurios blokuoja orą ir drėgmę bei neleidžia elektrolitams nutekėti. Gautas ištempiamas akumuliatorius parodė didelę 5,05 mAh/cm2 talpą, puikias elektrochemines charakteristikas iki 50% įtempimo pakartotinai (iki 500) ištempimo atleidimo ciklų ir ilgalaikį 95,7% stabilumą po 100 ciklų oro sąlygomis.

Dr Jeong Gon Son iš KIST sakė: "Tikimasi, kad per šį tyrimą sukurta ištempiama ličio jonų baterija pateiks naują paradigmą, susijusią su ištempiamomis energijos kaupimo sistemomis, skirtomis tolesniam nešiojamų ir kūno implantuojamų elektroninių prietaisų kūrimui".