Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Структура сот помогла сделать растяжимый аккумулятор

Иллюстрация сотового электрода

Kang et al. / ACS Nano, 2020

Инженерам удалось создать аккумулятор, который можно растягивать во все стороны. Этого удалось добиться при помощи графеновых электродов, по форме напоминающих медовые соты. Такая конструкция обладает высокой емкостью и надежна после множества растяжений. Статья опубликована в журнале ACS Nano.

Гибкие и растяжимые аккумуляторы интересуют инженеров тем, что их легко встроить в одежду или носить на теле для питания сенсоров или электронной одежды. В последние годы появились сгибаемые аккумуляторы, но сделать их растягивающимися гораздо сложнее. В существующих опытных образцах материал электродов пробуют нанести на резиновый каркас, но такие конструкции либо теряют напряжение и емкость при деформации, либо обладают маленькой плотностью энергии.

Сол Ки Кан (Seulki Kang) и его коллеги из Корейского института науки и технологий смогли сделать надежный и емкий литиевый аккумулятор, в котором тянутся сами электроды. Они сделаны из графенового композита: анод с титанатом лития, а катод с литий-железо-фосфатом. Вначале смесь из оксида графена, углеродных нанотрубок и соединения лития размешивают в воде. Затем, взвесь наливают в силиконовую формочку около десяти сантиметров диаметром и замораживают таким образом, чтобы кристаллы льда сформировали сетчатую структуру, напоминающую соты пчел. После этого лед испаряют и при помощи прогревания в печи восстанавливают оксид графена.

Получившуюся сеточку еще нельзя растягивать, так как графен и нанотрубки наоборот тверды. Поэтому при сборке ее сжимают по краям к центру, вносят гелевый электролит и заключают в резиновый каркас, который отвечает за восстановление формы. Поскольку электрод уже сжат, при растяжении он лишь выпрямляется вслед за каркасом. 

Такой аккумулятор имеет удельную емкость 5,05 mAh на квадратный сантиметр, не теряет мощность при 50 процентном растяжении после 500 повторений и сохраняет 95 процентов емкости после ста циклов зарядки-разрядки.

Литиевые аккумуляторы давно вошли в обиход, но их регулярно совершенствуют. Например, их смогли напечатать на 3D-принтере, а литий-воздушные аккумуляторы, обладающие в несколько раз большей емкостью, смогли выдержать 700 циклов разряда-заряда.

Василий Зайцев

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.