Ученые превратили кубик сахара в гибкий аккумулятор

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. Для того, 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 и одни из лучших электрохимических свойств 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.