Жесткое оригами, или Как увеличить плотность энергии батареи в 14 раз
Складывая бумажную литий-ионную батарею по схеме Миура-ори, американские ученые показали, как можно увеличить плотность энергии в 14 раз. Целлюлозные аккумуляторы привлекают низкой ценой, способностью гнуться, а также возможностью выпускать батареи рулонами. Добавьте сюда компактный размер и получите батареи универсального применения.
О новых батареях на основе бумаги кратко рассказывает ресурс PhysOrg. Подробно работа исследователей из Университета Аризоны освещена в научном журнале Nano Letters. Складываемые батареи могут оказаться чрезвычайно полезными для устройств с ограниченным пространством внутри. Развитие складываемой бумажной электроники стало сигналом к созданию аналогичного источника питания, отмечают ученые.
В своем исследовании ученые использовали литий-ионные батареи, изготовленные методом печати чернилами с нанотрубками. Готовое изделие показало хорошую проводимость и относительно устойчивую емкость.
Было обнаружено, что складывание батареи в один, два и даже три раза приводит к увеличению плотности поверхностной энергии в 1,9, 4,7 и 10,6 раза по сравнению с плоской батареей. А если использовать метод жесткого складывания, то батарею размером 6 х 7 см можно сложить в 25 слоев, увеличив плотность энергии в 14 раз на общей площади 1,68 квадратного сантиметра. Масса батареи при этом не меняется.
В целом, сложенные по схеме Миура-ори батареи имеют те же электрохимические характеристики, что и батареи плоского типа. Сканирование электронным микроскопом показало небольшое отслаивание поверхностного слоя из углеродных нанотрубок в некоторых местах изгиба. На других участках такое не наблюдалось.
Стоит отметить, что батареи сложенные жестким методом, по некоторым параметрам несколько уступают плоским батареям. Исследователи полагают, что эти потери могут быть связаны с деламинацией в местах пересечения перпендикулярных складок из-за наличия у батареи 16 вершин углов. Чтобы не допустить короткого замыкания, исследователи использовали между слоями гибкую тонкопленочную изоляцию.
Работа американских ученых демонстрирует потенциал складываемых литий-ионных батарей. В будущем использование новых алгоритмов складывания может позволить наладить массовое производство более сложных аккумуляторных батарей.
В последнее время гибким батареям уделяется все больше внимания. Активнее других в этом направлении работают корейские исследователи. Компания LG Chemical уже начала массовое производство нестандартных батарей для носимой электроники.
