Литиевые батареи пора "отменить": ученые создали аккумулятор без токсичных материалов
Ученые из Университета Пенсильвании (США) разработали гибкую, мощную гидрогелевую батарею по образцу электрической угря.
Гибкие гидрогелевые батареи могут использоваться для питания носимой электроники, медицинских устройств и мягких роботов, пишет interestingengineering.com.
Ученые нанесли несколько слоев гидрогелей различных типов, включая богатые водой проводящие материалы, в точном порядке, имитирующем ионные процессы, которые электрические угри используют для генерации импульсов электричества. Оптимизировав химический состав, они достигли мощности, превышающей показатели других известных батарей на основе гидрогелей.
Ранее устройства, созданные по образцу угрей, производили ограниченную мощность и требовали механической поддержки для работы. Исследователи из Университета Пенсильвании решили эту проблему, сделав слои гидрогелей чрезвычайно тонкими — всего 20 микрометров, — что позволило увеличить выработку энергии без внешней поддержки. Они пришли к выводу, что использование тонкого гидрогеля естественным образом снижает внутреннее сопротивление материала, что увеличивает плотность мощности, которую батарея может выдавать.
Используя метод центрифугирования, ученые нанесли 4 различных смеси гидрогелей на вращающуюся поверхность, получив ультратонкие, однородные слои. Для обеспечения стабильности тонких слоев команда настроила химический состав гидрогеля, чтобы сохранить механическую целостность и низкое электрическое сопротивление. Обычные составы просто слетали бы с вращающейся поверхности во время нанесения покрытия. Оптимизация вязкости и механической прочности нашего гидрогеля была необходима для того, чтобы этот подход заработал.
Гидрогелевые батареи остаются гибкими, экологически стабильными и нетоксичными. Они сохраняют воду в течение нескольких дней на воздухе и могут работать при экстремальных температурах от -112 до 80 градусов по Фаренгейту без замерзания.
Полученные источники энергии достигают плотности около 44 кВт/м³, чего достаточно для эффективной работы имплантированных датчиков, контроллеров мягкой робототехники и носимой электроники. Устройства также функционируют без какой-либо структурной поддержки, что делает их пригодными для интеграции в биомедицинские или почти биологические системы. Ученым необходимо убедиться, что батареи совместимы с окружающей средой, гибкие, безопасные и, в идеале, способны использовать имеющиеся ресурсы для подзарядки.
В будущих исследователи планируют получить более высокую мощность, улучшить эффективность подзарядки и предоставить возможность самозарядки.
Ранее мы писали о том, что в Европе создали первую в мире серийную твердотельную батарею. Финский стартап Donut Lab заявил о создании революционной технологии, которая делает возможным массовое коммерческое производство твердотельных аккумуляторов.