Устройства накопления энергии, которые изгибаются и могут быть превращены в ткань, будут играть большую роль в будущем носимой электроники, и инженеры только что создали устройство с некоторыми уникальными свойствами. Их перезаряжаемый литий-ионный аккумулятор имеет толщину всего несколько сотен микрон, но длину 140 метров, и его можно интегрировать в обычную одежду и производить с гораздо большей длиной.
Батареи, изготовленные из плетеных волокон, - это то, что мы видели раньше, например, в 2014 году они были образованы из композитной пряжи, которую теоретически можно было бы интегрировать в любой текстиль и использовать в качестве источника энергии. Мы также видели другие типы гибких батарей, которые на самом деле напоминают сами ткани и могут даже запитывать носимые устройства, используя бактериальные клетки в поту пользователя.
Ученые из Массачусетского технологического института подошли к проблеме с помощью использования стандартной системы вытягивания волокна для производства волокон, в которой все необходимые компоненты помещают в большой цилиндр и нагревают до температуры чуть ниже точки плавления. Затем материалы проталкиваются через узкое отверстие, которое сжимает их до доли от их первоначального диаметра, сохраняя при этом желаемое расположение.
Что отличает эту конструкцию от предыдущих попыток в этой области, по словам команды, так это то, что ключевые материалы, такие как литий, структурированы внутри волокна с нанесенным снаружи защитным покрытием. Это также включает новаторские гелевые электроды и гелевый электролит, что делает батарею огнестойкой.
В новаторской гибкой волоконной батарее используются гели, которые делают ее огнестойкой, в отличие от волоконной батареи слева. Фото: MIT
«Когда мы внедряем активные материалы внутрь волокна, это означает, что чувствительные компоненты батареи уже имеют хорошую герметичность», - говорит автор исследования Турал Худиев. «И все активные материалы очень хорошо интегрированы, поэтому они не меняют своего положения (во время процесса вытягивания)» .
Полученная в результате батарея, как утверждается, намного тоньше и гибче, чем предыдущие конструкции, а отрезанная ее длина 140 метров - это самая длинная гибкая волоконная батарея в мире, с емкостью 123 мАч. Команда продемонстрировала их потенциал несколькими способами, обернув волоконную батарею вокруг корпуса игрушечной подводной лодки, чтобы обеспечить ее энергией, а также использовав ее для питания Li-Fi системы, в которой для передачи данных используются световые импульсы.
Гибкая волоконная батарея используется для питания светодиода. Фото: MIT
Несмотря на то, что длина 140 метров впечатляет, «нет очевидного верхнего предела длины, мы определенно могли бы сделать длину в километр», - говорит Худиев. Волоконный аккумулятор можно стирать в стиральной машине, и, в отличие от других, он может быть оснащен несколькими устройствами по всей его длине.
«Прелесть нашего подхода в том, что мы можем встроить несколько устройств в отдельное волокно», - говорит автор исследования Чон Тэ Ли. «В отличие от других подходов, которые требуют интеграции нескольких волоконных устройств. Когда мы объединяем эти волокна, содержащие множество устройств, совокупность продвинет реализацию компактного компьютера на тканевой основе».
Ученые продолжают экспериментировать с конструкцией, исследуя, как другие материалы могут улучшить эффективность и мощность батареи. Они также подали заявку на получение патента на технологию и предполагают, что она может быть использована в коммерческих продуктах «в течение нескольких лет».
Исследование было опубликовано в журнале Materials Today.
Источник: Massachusetts Institute of Technology.