Исследователи разработали технологию производства сразу десятка мощных, гибких и растягиваемых батарей на основе метода трафаретной печати. Данная технология очень похожа на ту, что используется при нанесении печати на футболки (Joule 2020, DOI: 10.1016 / j.joule.2020.11.008) . Этот метод позволяет производить Ag-Zn (серебряно-цинковые) батареи, основанные на химической реакции, известной уже нескольких десятилетий. Батареи могут быть любой формы и размера, что также открывает путь для быстрого изготовления рулонов батарей при низких затратах на производство.
Новая эластичная, гибкая батарея может обеспечить по крайней мере в пять раз больше энергии, чем литий-ионные элементы того же размера. Две батареи площадью 4 см2 способны питать гибкий дисплей размером с ладонь. По словам разработчика Ширли Мэн, материаловеда из Калифорнийского университета в Сан-Диего, высокая емкость заряда и гибкость делают такую батарею идеальным решением для питания носимых гаджетов, небольших, легких датчиков и беспроводных сетевых устройств.
Исследователи перепробовали множество способов изготовления гибких батарей, чаще всего из полимеров, которые бы хорошо сочетались с носимыми устройствами будущего. Однако, по словам Мэн, методы вроде трехмерной печати, которая используется для изготовления аналогичных полимерных батарей, сложны, дороги и медленны. Существует потребность в новой методике изготовления десятков миллионов высокопроизводительных гибких батарей по низкой цене.
Стремясь удовлетворить эту потребность, Мэн, а также Джозеф Ван - наноинженер из Калифорнийского университета в Сан-Диего (UCSD) - и их коллеги задались вопросом, может ли трафаретная печать стать недорогим методом создания батарей в рамках широкомасштабного производства. Их выбор пал на батареи из оксида серебра и цинка, впервые разработанные NASA в 1960-х годах. Они также использовались в слуховых аппаратах из-за их высокой удельной энергоемкости и безопасного химического состава. Команда сотрудничала с компанией ZPower, которая занимается продажей новой перезаряжаемой версии таких батарей.
Команда UCSD начала с запатентованного компанией катодного материала AgO, который планировалось использовать для печати батарей. Команда Вана использовала полимерные связующие и легкодоступные растворители для создания чернильных версий всех элементов батареи, включая электроды, электролит гидрогеля гидроксид калия и поли (винилового спирта) и другие компоненты. Печать каждого слоя заключалась в выдавливании краски с помощью ракеля с металлическим лезвием через трафареты из нержавеющей стали на тонкие прозрачные резиновые пленки с последующим их отверждением в печи в течение нескольких минут. Катод изготовили слоями из разных чернил на одной пленке, а анод - аналогичным образом на другой. Они зажали между электродами напечатанный слой электролита, получив тем самым батарею толщиной менее 1 мм.
По словам Мэн, у такой батареи самая высокая зарядная емкость среди всех гибких батарей, изобретенных до сих пор. При этом их легко можно печатать большими партиями, используя метод изготовления гибких схем (roll-to-roll process / предусматривает печатание схем на непрерывной ленте-подложке, перематываемой с одного ролика на другой) В рамках своей работы исследователи смогли изготовить батареи разных размеров, им также удалось запитать гибкий черно-белый электронный дисплей, используя всего две батареи размером 4 см2. В настоящее время команда работает над увеличением срока службы устройства: сейчас его можно перезарядить только около 80 раз, после чего емкость заряда начинает падать.
"Метод трафаретной печати, о котором сообщается в научной работе, является важным достижением. Он позволит исследователям изготавливать батареи различных размеров и толщины, которые можно кастомизировать для конкретных электронных устройств", - сказал Санг-Янг Ли, инженер-химик из Национального института науки и технологий Ульсана. По его словам, высокая емкость заряда и низкая стоимость также являются важным преимуществом перед другими цинковыми и литий-ионными батареями. В заключение он добавил, что короткий срок службы таких батарей является ключевым препятствием для данной технологии, и его необходимо устранить, чтобы сделать их практичными.
Оценил 1 человек
3 кармы