UH разрабатывается прорывной прототип литий-ионного аккумулятора на основе эластичной ткани

Большинство людей уже знают и ценят возможности смартфонов. Теперь представьте возможности, которые предлагают интеллектуальные скафандры, униформа и спортивная одежда. Будущее носимых технологий только что получило большой толчок благодаря команде исследователей Хьюстонского университета, которые спроектировали и доставили успешный прототип полностью растягивающегося литий-ионного аккумулятора на тканевой основе.

Идея этой передовой разработки литий-ионного аккумулятора принадлежит Халеху Ардебили, профессору машиностроения Билла Д. Кука в UH.

"Как большой поклонник научной фантастики, я могла бы представить себе "будущее в стиле научной фантастики", где наша одежда будет умной, интерактивной и мощной". "Создание и интеграция растягивающихся батарей с растягивающимися устройствами и одеждой показались естественным следующим шагом. Представьте, что вы складываете, сгибаете или растягиваете свой ноутбук или телефон в кармане. Или с помощью интерактивных датчиков, встроенных в нашу одежду, которые следят за нашим здоровьем ".

Некоторые из этих идей уже становятся реальностью. Однако, как и вся электроника, они нуждаются в питании, и именно здесь на помощь приходят растягивающиеся и гибкие батареи. Основное узкое место в разработке следующего поколения электроники или носимых технологий в тканях заложено то, что обычные батарейки, как правило, жесткие, что ограничивает функциональность изделий, и в них используется жидкий электролит, что вызывает опасения по поводу безопасности. Традиционные органические жидкие электролиты легко воспламеняются и при определенных условиях могут привести к возгоранию или даже взрыву батарей.

Ключ к прорыву исследовательской группы UH заключается в том, что исследователи использовали проводящую серебряную ткань в качестве платформы и токосъемника.

"Серебристая ткань идеально подходила для этого, поскольку она механически деформируется или растягивается и при этом обеспечивает пути электропроводности, необходимые для нормальной работы электрода батареи. Электрод батареи должен обеспечивать движение как электронов, так и ионов ", - сказал Ардебили, который является соответствующим автором статьи, подробно описывающей это исследование в Extreme Mechanics Letters. Первым автором статьи является Бахар Моради Гади, бывшая докторантка, которая основала свою диссертацию на этом исследовании.

Преобразуя жесткие электроды литий-ионных аккумуляторов в пригодные для носки гибкие и растягивающиеся электроды на тканевой основе, эта технология открывает захватывающие возможности, предлагая стабильную производительность и безопасные свойства для носимых устройств и имплантируемых биосенсоров.

Как все это началось

Идея создания растягивающихся батарей пришла в голову Ардебили несколько лет назад.

"Мне было интересно понять фундаментальную науку и механизмы, связанные с растяжением электрохимической ячейки и ее компонентов". "Это была неизведанная область науки и техники, и это была отличная область для исследования".

Наука о взаимосвязи эффектов механической деформации и электрохимических характеристик является важной областью, и растягивающиеся аккумуляторы представляют собой отличное средство для изучения фундаментальных механизмов.

"Хотя мы создали прототип, мы все еще работаем над оптимизацией конструкции батареи, материалов и изготовления", - сказал Ардебили.

Следующие шаги

Ардебили с оптимизмом смотрит на то, что прототип аккумулятора на основе эластичной ткани проложит путь для многих типов приложений, таких как "умные" скафандры, бытовая электроника, встроенная в одежду, которая следит за здоровьем людей, и устройства, которые взаимодействуют с людьми на различных уровнях. Существует множество возможных конструкций и применений безопасных, легких, гибких и растягивающихся батарей, но еще предстоит проделать определенную работу, прежде чем они появятся на рынке.

"Коммерческая жизнеспособность зависит от многих факторов, таких как расширение масштабов производства продукта, стоимость и другие факторы".

"Мы работаем над этими соображениями и целями по мере оптимизации и усовершенствования нашей растягиваемой батареи".

Независимо от того, используются ли эластичные батарейки для питания скафандров, спортивной одежды или какого-либо другого инновационного приложения, Ardebili хочет, чтобы они были надежными и безопасными. "Моя цель - убедиться, что батарейки максимально безопасны".