Літієві батареї пора "скасувати": вчені створили акумулятор без токсичних матеріалів

Гнучкі гідрогелеві батареї можуть використовуватися для живлення переносної електроніки, медичних пристроїв і м'яких роботів, пише interestingengineering.com.

Вчені нанесли кілька шарів гідрогелів різних типів, включно з багатими на воду провідними матеріалами, в точній послідовності, що імітує іонні процеси, які електричні вугри використовують для генерації імпульсів електрики. Оптимізувавши хімічний склад, вони досягли потужності, що перевищує показники інших відомих батарей на основі гідрогелів.

Раніше пристрої, створені за зразком вугрів, виробляли обмежену потужність і вимагали механічної підтримки для роботи. Дослідники з Університету Пенсільванії розв'язали цю проблему, зробивши шари гідрогелів надзвичайно тонкими — лише 20 мікрометрів, — що дало змогу збільшити вироблення енергії без зовнішньої підтримки. Вони дійшли висновку, що використання тонкого гідрогелю природним чином знижує внутрішній опір матеріалу, що збільшує щільність потужності, яку батарея може видавати.

Використовуючи метод центрифугування, вчені нанесли 4 різних суміші гідрогелів на обертову поверхню, отримавши ультратонкі, однорідні шари. Для забезпечення стабільності тонких шарів команда налаштувала хімічний склад гідрогелю, щоб зберегти механічну цілісність і низький електричний опір. Звичайні склади просто злітали б з обертової поверхні під час нанесення покриття. Оптимізація в'язкості та механічної міцності нашого гідрогелю була необхідна для того, щоб цей підхід запрацював.

Гідрогелеві батареї залишаються гнучкими, екологічно стабільними і нетоксичними. Вони зберігають воду протягом кількох днів на повітрі та можуть працювати за екстремальних температур від -112 до 80 градусів за Фаренгейтом без замерзання.

Отримані джерела енергії досягають щільності близько 44 кВт/м³, чого достатньо для ефективної роботи імплантованих датчиків, контролерів м'якої робототехніки та переносної електроніки. Пристрої також функціонують без будь-якої структурної підтримки, що робить їх придатними для інтеграції в біомедичні або майже біологічні системи. Вченим необхідно переконатися, що батареї сумісні з навколишнім середовищем, гнучкі, безпечні і, в ідеалі, здатні використовувати наявні ресурси для підзарядки.

У майбутніх дослідники планують отримати вищу потужність, поліпшити ефективність підзарядки та надати можливість самозарядки.

Раніше ми писали про те, що в Європі створили першу в світі серійну твердотільну батарею. Фінський стартап Donut Lab заявив про створення революційної технології, яка робить можливим масове комерційне виробництво твердотільних акумуляторів.