Конструкцию гибких аккумуляторов подсмотрели у позвоночника

Инженеры разработали новую конструкцию для гибких и емких литий-ионных аккумуляторов — они предложили надрезать листовой аккумулятор на полоски и оборачивать их вокруг единого «хребта». Таким образом инженеры получили аккумулятор из множества соединенных сегментов, который можно гнуть, практически не ухудшая его электрохимические свойства, сообщают исследователи в журнале Advanced Materials.

Уже несколько лет некоторые крупные компании представляют прототипы гибких дисплеев и других электронных компонентов. Но для создания полноценного гибкого устройства необходимо также иметь подходящий аккумулятор. Подобные элементы питания представляли многие исследовательские группы, но почти все они имели серьезные недостатки, к примеру, быструю изнашиваемость или низкую плотность энергии. Из-за этого практически все выпускаемые серийно устройства по-прежнему оснащаются обычными жесткими аккумуляторами, а инженеры продолжают искать способы создания пригодных к массовому использованию гибких аккумуляторов.

Инженеры под руководством Юань Яна (Yuan Yang) из Колумбийского университета разработали новую конструкцию гибких аккумуляторов с большой плотностью энергии. Изначально создается аккумуляторный лист из нескольких слоев: медный токоотвод, под ним располагается графитовый анод, затем сепаратор из полимерной мембраны, после него катод из кобальтата лития, алюминиевый токоотвод и подложка из полиэтилена. После этого в листе надрезаются полоски, присоединенные к общему основанию. Затем эти полоски оборачиваются вокруг общего основания. Таким образом получается единый аккумулятор, состоящий из относительно жестких сегментов, соединенных более эластичными фрагментами.

Исследователи протестировали электрические и механические свойства новых аккумуляторов. Выяснилось, что они устойчивы к разным нагрузкам. К примеру, после нескольких тысяч сгибаний и скручиваний, а также ста циклов зарядки-разрядки емкость снизилась всего на шесть процентов. Для демонстрации того, что разработка вполне годится для реального применения, исследователи собрали аккумулятор массой около пяти граммов и емкостью 123,5 миллиампер-часов и протестировали его, подключив к умным часам. На демонстрационном видео можно видеть, что питания аккумулятора хватает для работы часов даже при довольно сильных изгибах и скручиваниях:

В 2015 году американские инженеры предложили создавать растягиваемые аккумуляторы по технике киригами. Их аккумулятор состоит из четырехугольных пластинок, соединенных между собой узкими полосками таким образом, что они могут довольно сильно менять положение относительно друг друга.

Григорий Копиев