Günümüz elektronik endüstrisi giderek daha fazla katlanabilen veya yuvarlanabilen ekranlı bilgisayarlara veya akıllı telefonlara odaklanmaktadır. Akıllı giyim eşyaları, örneğin vücut fonksiyonlarını izlemek için giyilebilir mikro cihazlar veya sensörler kullanır. Ancak, tüm bu cihazların genellikle bir lityum-iyon batarya olan bir enerji kaynağına ihtiyacı vardır. Ne yazık ki, ticari piller tipik olarak ağır ve serttir, bu da esnek elektronik veya tekstil ürünlerindeki uygulamalar için temel olarak uygun değildir.
Bu sorun için çare şu anda ETH Zürih'te Çok Fonksiyonlu Malzemeler Profesörü Markus Niederberger ve ekibi tarafından oluşturulmaktadır. Araştırmacılar, güç kaynağını kesmeden bükülebilen, gerilebilen ve hatta bükülebilen esnek bir ince film batarya için bir prototip geliştirdi.
Bu yeni pili özel yapan, elektrolitidir - pil şarj edildiğinde veya boşaldığında, lityum iyonların hareket ettiği kısımdır. Bu elektrolit ETH doktora öğrencisi Xi Chen, son zamanlarda bilimsel bir dergide çıktı çalışmanın baş yazarı tarafından keşfedildi.
Sistematik olarak bükülebilir bileşenleri kullanmak
Ticari pillerin tasarımını takiben, bu yeni pil tipi sandviç gibi katmanlara yerleştirilmiştir. Ancak, araştırmacıların tüm pili bükülebilir ve esnek tutmak için esnek bileşenler kullandıkları ilk kez işaret ediyor. Niederberger, “Bugüne kadar, hiç kimse bir lityum-iyon batarya oluştururken yaptığımız kadar esnek bileşenleri kullanmıyor” diyor.
Anot ve katot için iki akım toplayıcı, elektriksel olarak iletken karbon içeren ve aynı zamanda dış kabuk olarak görev yapan bükülebilir polimer kompozitten oluşur. Kompozitin iç yüzeyinde, araştırmacılar ince bir tabaka mikro-ince gümüş pul uyguladılar. Pulların çatı kiremitleri gibi üst üste binme şekli nedeniyle, elastomer gerildiğinde, birbirleriyle teması kesilmez. Bu, geniş çapta gerilmeye maruz kalsa bile, mevcut kollektörün iletkenliğini garanti eder. Ve gümüş pulların aslında birbirleriyle temasını yitirmesi durumunda, elektrik akımı hala daha zayıf da olsa karbon içeren kompozitin içinden akabilir.
Bir maske yardımıyla, araştırmacılar daha sonra gümüş tabakanın tam olarak tanımlanmış bir alanına anot ve katot tozunu püskürttüler. Katot, lityum manganez oksitten oluşur ve anot, bir vanadyum oksittir.
Son adımda, bilim adamları iki akım toplayıcıyı uygulanan elektrotları üst üste koydular, resim çerçevesine benzer bir bariyer tabakasıyla ayırdılar, çerçevedeki boşluk elektrolit jel ile dolduruldu.
N iederberger, bu jelin çevresel olarak ticari elektrolitlerden daha dost olduğunu vurgulamaktadır: “Günümüz pillerinde sıvı elektrolit yanıcı ve toksiktir.” Buna karşın, doktora öğrencisinin Chen tarafından geliştirilen jel elektrolitinin yüksek konsantrasyonda lityum tuzu içeren su içerdiği, Batarya şarj olurken ya da boşalırken yalnızca katot ve anot arasındaki lityum iyonlarının akışını kolaylaştırmaz, aynı zamanda suyu elektrokimyasal ayrışmaya karşı korur.
Bilim adamları prototiplerinin çeşitli kısımlarına yapıştırıcı ile birlikte katıldılar. Niederberger, “Pili ticari olarak pazarlamak istiyorsak, daha uzun süre kapalı kalmasını sağlayacak başka bir işlem bulmalıyız” diyor.
Bunun gibi bir batarya için her geçen gün daha fazla uygulama ortaya çıkmaktadır. Tanınmış cep telefonu üreticileri, katlanabilir ekranlı cihazlar üretmek için birbirleriyle yarışıyorlar. Diğer olasılıklar arasında bilgisayarlar, akıllı kol saatleri ve tabletler için tekerlekli gösterilebilir ekranlar veya bükülebilir elektronik ürünler içeren fonksiyonel tekstil ürünleri sayılabilir ve bunların tümü esnek bir güç kaynağı gerektirir. Niederberger, “Örneğin, bataryamızı doğrudan giysilerinize dikebilirsiniz” diyor. Önemli olan, pil sızıntısı durumunda, çıkan sıvıların zarar görmemesini sağlamaktır. Bu, ekibin elektrolitinin önemli bir avantaj sunduğu yerdir.
Ancak, Niederberger, esnek pili ticarileştirmeyi düşünmeden önce optimize etmek için daha fazla araştırma yapılması gerektiğini vurgulamaktadır. Her şeyden önce, ekibin tutabileceği elektrot malzemesi miktarını arttırması gerekiyor. Yeni bir doktora öğrencisi yakın zamanda gerilebilir güç kaynağını iyileştirmeye başladı. İlk prototipin mucidi Xi Chen, batarya endüstrisi danışmanı olarak yeni bir işe girmek için doktora tezini tamamladıktan sonra Çin anavatanına geri döndü. #Bilim
Kaynak: eth zurich
u/luvia
