Ученые из Техасского университета в Остине создали гибкий аккумулятор на основе оксида графена и полимера. Примечательно, что в качестве шаблона для создания электродов они использовали обычный кубик сахара. Полученный аккумулятор может быть многократно растянут на 50% без повреждения. Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials.
Гибкая электроника стремительно развивается, к примеру, уже несколько лет существуют прототипы гибких дисплеев от различных компаний, а некоторые из них собираются в ближайшие пару лет выпустить серийные образцы. Однако, для того, чтобы собрать полностью гибкое устройство, помимо экрана необходимо сделать гибкими и остальные части, такие как аккумулятор. Хотя существуют некоторые разработки в этой области, эта технология еще находится в начале своего развития.
Инженеры из Техасского университета предложили новый способ получения таких аккумуляторов. Чтобы получить пористую и гибкую структуру, они решили использовать сахар и полимер. Сначала кубик сахара поместили в раствор прекурсоров для синтеза полидиметилсилоксана. После того, как сахар впитывал в себя раствор, его поместили в печь с температурой 120℃, а затем промыли водой. В результате сахар растворился и оставил после себя затвердевший губчатый полимер, по структуре соответствующий исходному кубику сахара.
Чтобы придать полимеру проводящие свойства его поместили в раствор оксида графена в деионизированной воде и несколько раз отжали, чтобы раствор заполнил все поры в губке. Поскольку оксид графена является непроводящим, губку обрабатывали парами иодоводорода для получения восстановленного оксида графена. Чтобы превратить электроды в катод и анод на них нанесли VOPO4 и твердый углерод, соответственно. Поскольку основной целью было создание полностью гибкого и растяжимого аккумулятора, в качестве электролита было решено использовать полимерный натрий-ионный гель — электролит в виде прозрачной гибкой пластины.
Для наглядной демонстрации гибкости инженеры собрали повязку, состоящую из аккумулятора и светодиода, и закрепили ее на локте. При сгибании и разгибании руки светодиод продолжает непрерывно гореть, несмотря на довольно сильное растяжение питающего его аккумулятора.
Представленная батарея показала не только хорошие механические характеристики, но также лучшие электрохимические свойства среди известных гибких аккумуляторов. К примеру, она сохранила около 90 процентов изначальной емкости после ста растяжений до 50 процентов.
Ученые надеются, что их технология имеет большие перспективы в носимой электронике, а использование других полимеров позволит повысить механические характеристики.
Из уже существующих подобных технологий можно привести в пример эластичный литий-ионный аккумулятор, представленный Panasonic в 2016 году. Аккумулятор выдерживает многократные сгибания вплоть до радиуса 25 миллиметров и перекручивание до 25 градусов. В рамках проведенных экспериментов аккумулятор толщиной 0,55 миллиметра после тысячи сгибаний показал снижение емкости на один процент, такой же результат аккумулятор показал после тысячи скручиваний на 25 градусов.
Источник: https://nplus1.ru/news/2017/04/26/stretchable-sugar-battery