Kada razmišljate o bateriji, vjerojatno vam rastezljivost nije prva stvar na pameti. Ipak, upravo će ta sposobnost biti ključna za ugradnju u fleksibilnu elektroniku, koja postaje sve popularnija u nosivim zdravstvenim uređajima. Istraživači iz ACS Energy Letters predstavili su litij-ionsku bateriju s potpuno rastezljivim komponentama, uključujući elektrolitski sloj koji se može proširiti za nevjerojatnih 5000%, zadržavajući pritom kapacitet skladištenja energije i nakon gotovo 70 ciklusa punjenja i pražnjenja.

Elektronika koja se može savijati i rastezati zahtijeva baterije sličnih karakteristika. Većina znanstvenika koji su pokušali stvoriti takve baterije koristili su tkanine s provodnim svojstvima ili krute komponente savijene u rastezljive oblike, slično origamiju. No, za istinski rastezljivu bateriju, svaki dio - od elektroda koje skupljaju naboj do srednjeg sloja elektrolita koji balansira naboj - mora biti elastičan. Dosadašnji prototipovi baterija s umjerenom elastičnošću imali su složene postupke sastavljanja ili ograničen kapacitet skladištenja energije, osobito tijekom dugotrajne upotrebe s ponavljajućim ciklusima punjenja i pražnjenja. To može biti posljedica slabe veze između sloja elektrolita i elektroda ili nestabilnosti tekućeg elektrolita koji se može pomicati kada baterija mijenja oblik. Umjesto korištenja tekućeg elektrolita, Wen-Yong Lai i njegovi suradnici odlučili su elektrolit ugraditi u polimerni sloj smješten između dva fleksibilna filmska sloja elektroda, stvarajući tako potpuno čvrstu, rastezljivu bateriju.

Kako bi izradili elektrode za potpuno elastičnu bateriju, tim je raširio tanki film provodljive paste koja sadrži srebrne nanovodiče, ugljen crni i materijale katode ili anode na bazi litija na ploču. Zatim su na vrh paste nanijeli sloj polidimetilsiloksana, fleksibilnog materijala koji se često koristi u kontaktnim lećama. Direktno na vrh ovog filma, istraživači su dodali litijsku sol, visoko provodljivu tekućinu i sastojke za stvaranje rastezljivog polimera. Aktivirani svjetlom, ovi sastojci stvorili su čvrst, gumasti sloj sposoban za rastezanje do 5000% svoje originalne duljine i prijenos litij-iona. Na kraju, na vrh sloja dodan je još jedan film elektrode, a cijeli uređaj je zapečaćen zaštitnim slojem.

Uspoređujući dizajn čvrste rastezljive baterije s sličnim uređajem koji koristi tradicionalni tekući elektrolit, nova verzija pokazala je otprilike šest puta veći prosječni kapacitet punjenja pri brzom punjenju. Isto tako, čvrsta baterija zadržala je stabilniji kapacitet tijekom 67 ciklusa punjenja i pražnjenja. U drugim prototipovima izrađenim s čvrstim elektrodama, polimerni elektrolit održao je stabilan rad tijekom 1000 ciklusa, s padom kapaciteta od 1% u prvih 30 ciklusa, u usporedbi sa 16% pada za tekući elektrolit. Iako su još potrebna poboljšanja, ovaj novi način stvaranja potpuno rastezljivih, čvrstih baterija mogao bi biti obećavajući korak naprijed za nosive ili implantabilne uređaje koji se savijaju i kreću zajedno s tijelom.

Autori su priznali financijsku potporu iz Nacionalnog ključnog programa istraživanja i razvoja Kine; Nacionalne zaklade za prirodne znanosti Kine; Zaklade za prirodne znanosti provincije Jiangsu; Zaklade ključnog laboratorija fleksibilne elektronike provincije Zhejiang; Programa za posebno imenovane profesore Jiangsu; NUPT "1311 Projekt" i znanstvene zaklade; Kineske postdoktorska znanstvene zaklade; Projekta Državnog ključnog laboratorija organskih elektroničkih i informatičkih prikaza, NJUPT; te Zaklade za prirodne znanosti NJUPT.

Izvor: American Chemical Society