673886040@qq.com
Новая батарея в 10 раз мощнее современной
Новая батарея в 10 раз мощнее современной, гибкой и перезаряжаемой
Батареи успешно питали гибкую систему отображения, оснащенную микроконтроллером и модулями Bluetooth. И здесь батарея работала лучше, чем имеющиеся в продаже литиевые батарейки типа «таблетка». Фото: Калифорнийский университет в Сан-Диего.
Группа исследователей разработала гибкую перезаряжаемую серебряно-оксидно-цинковую батарею с плотностью энергии в 5-10 раз большей, чем у современных устройств. Батарею также проще изготовить; Хотя большинство гибких батарей необходимо производить в стерильных условиях, в вакууме, на эту можно напечатать трафаретную печать в обычных лабораторных условиях. Устройство можно использовать в гибкой, растягивающейся электронике для носимых устройств, а также в мягкой робототехнике.
Команда, состоящая из исследователей из Калифорнийского университета в Сан-Диего и калифорнийской компании ZPower, подробно описывает свои выводы в выпуске журнала Joule от 7 декабря 2020 года.
«Наши батареи могут быть спроектированы на основе электроники, вместо того, чтобы электронику нужно было проектировать на основе батарей», — сказал Лу Инь, один из соавторов статьи и доктор философии. студент исследовательской группы профессора наноинженерии Джозефа Ванга из Калифорнийского университета в Сан-Диего.
Площадная емкость этой инновационной батареи составляет 50 миллиампер на квадратный сантиметр при комнатной температуре — это в 10-20 раз больше, чем площадь типичной литий-ионной батареи. Таким образом, при той же площади поверхности батарея, описанная в Джоулях, может обеспечить в 5–10 раз большую мощность.
«Такая ёмкость никогда раньше не получалась», — сказал Инь. «А наш метод производства доступен и масштабируем».
Гибкая батарея
Площадная емкость этой инновационной батареи составляет 50 миллиампер на квадратный сантиметр при комнатной температуре — это в 10-20 раз больше, чем площадь типичной литий-ионной батареи. Таким образом, при той же площади поверхности батарея, описанная в Джоулях, может обеспечить в 5–10 раз большую мощность. Фото: Калифорнийский университет в Сан-Диего.
Новая батарея имеет более высокую емкость, чем любая из гибких батарей, доступных в настоящее время на рынке. Это потому, что батарея имеет гораздо меньший импеданс — сопротивление электрической цепи или устройства переменному току. Чем ниже импеданс, тем лучше характеристики батареи при разряде сильного тока.
«Поскольку рынок 5G и Интернета вещей (IoT) быстро растет, эта батарея, которая превосходит коммерческие продукты в сильноточных беспроводных устройствах, вероятно, станет основным претендентом на роль источника питания следующего поколения для бытовой электроники», — сказал Джонатан Шарф, соавтор газеты. -первый автор и доктор философии. кандидат исследовательской группы профессора наноинженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего Ин Ширли Мэн.
Батареи успешно питали гибкую систему отображения, оснащенную микроконтроллером и модулями Bluetooth. И здесь батарея работала лучше, чем имеющиеся в продаже литиевые батарейки типа «таблетка».
Напечатанные аккумуляторные элементы были перезаряжены более 80 циклов без каких-либо серьезных признаков потери емкости. Клетки также оставались функциональными, несмотря на неоднократное изгибание и скручивание.
«Нашей основной целью было улучшение как производительности аккумуляторов, так и производственного процесса», — сказала Ин Ширли Мэн, директор Института открытия и дизайна материалов Калифорнийского университета в Сан-Диего и один из авторов статьи.
Для создания батареи исследователи использовали запатентованную конструкцию катода и химический состав от ZPower. Ван и его команда поделились своим опытом в области печатных, растягивающихся датчиков и растягивающихся батарей. Мэн и ее коллеги поделились своим опытом в расширенной характеристике электрохимических систем хранения энергии и охарактеризовали каждую итерацию прототипа батареи до тех пор, пока она не достигла максимальной производительности.
Рецепт повышения производительности
Исключительная плотность энергии аккумулятора обусловлена химическим составом оксида серебра и цинка (AgO-Zn). В большинстве коммерческих гибких батарей используется химия Ag2O-Zn. В результате они обычно имеют ограниченный срок службы и низкую производительность. Это ограничивает их использование маломощной одноразовой электроникой.
AgO традиционно считается нестабильным. Но катодный материал AgO компании ZPower основан на запатентованном покрытии из оксида свинца, которое улучшает электрохимическую стабильность и проводимость AgO.
Дополнительным преимуществом является то, что химический состав AgO-Zn обеспечивает низкий импеданс батареи. Печатные токосъемники батареи также обладают превосходной проводимостью, что также помогает добиться более низкого импеданса.
Улучшенное производство
Но AgO никогда раньше не использовался в батареях с трафаретной печатью, поскольку он обладает высокой окислительной способностью и быстро химически разлагается. Испытывая различные растворители и связующие, исследователи из лаборатории Вана в Калифорнийском университете в Сан-Диего смогли найти рецептуру чернил, которая делает AgO пригодным для печати. В результате батарею можно напечатать всего за несколько секунд после подготовки чернил. Он высыхает и готов к использованию всего за несколько минут. Батарею также можно напечатать методом рулонной печати.
