Jauns dizains ir veidots kā mugurkauls, tas nodrošina ievērojamu elastību, augstu enerģijas blīvumu un stabilu spriegumu neatkarīgi no tā, kā tas ir saliekts vai savīts
Elastīgās un valkājamās elektronikas tendence strauji pieaug. Viedie pulksteņi, viedais stikls, sensori un elastīgie displeji, piemēram, viedtālruņi, planšetdatori un televizori utt. Šim nolūkam palielinājās arī pieprasījums pēc augstas veiktspējas elastīgām baterijām. Līdz šim pētnieki saskaras ar problēmām, lai litija jonu baterijās iegūtu gan elastību, gan augstu enerģijas blīvumu.
Yuan Yang Kolumbijas inženierzinātņu lietišķās fizikas un matemātikas katedras materiālzinātnes un inženierzinātņu docents un viņa komanda izstrādāja prototipu, kas spēj stāties pretī šīm problēmām. Yuan komanda veidoja savu elastīgo akumulatora prototipu kā cilvēka mugurkauls, kas nodrošina pārsteidzošu elastību ar lielu enerģijas blīvumu, kā arī nodrošina stabilu spriegumu, pat ja nav svarīgi, kā tas ir savīts vai saliekts.
"Mūsu prototipa enerģijas blīvums ir viens no augstākajiem, kas līdz šim ziņots," saka Jangs. “Mēs esam izstrādājuši vienkāršu un pielāgojamu pieeju, lai izgatavotu elastīgu mugurkaulam līdzīgu litija jonu akumulatoru, kam ir izcilas elektroķīmiskās un mehāniskās īpašības. Mūsu dizains ir ļoti daudzsološs kandidāts kā pirmās paaudzes, elastīgs, komerciāls litija jonu akumulators. Tagad mēs optimizējam dizainu un uzlabojam tā veiktspēju. ”
Yuan komanda, iedvesmojoties no mugurkaula elastīgās kustības, vingrojot sporta zālē. Cilvēka mugurkauls ir ļoti elastīgs un mehāniski izturīgs. Juans izmantoja mugurkaula modeli, lai izgatavotu akumulatoru tādā pašā dizainā. Prototipam ir plašs un ciets segments, kas spēj uzkrāt enerģiju, pagriežot elektrodus ap slaido elastīgo daļu, kas savieno elektrodus kopā. Saskaņā ar cilvēka mugurkaula konstrukciju elektrodi attēlo “skriemeļus”, bet elastīgā daļa - “smadzenes”.
"Tā kā cietās elektroda daļas tilpums ir ievērojami lielāks par elastīgo savstarpējo savienojumu, šāda elastīga akumulatora enerģijas blīvums var būt lielāks par 85 procentiem no standarta komerciālā iepakojuma akumulatora," skaidro Jangs. “Tā kā visā struktūrā ir liels aktīvo materiālu īpatsvars, mūsu mugurkaulam līdzīgajam akumulatoram ir ļoti liels enerģijas blīvums - lielāks nekā jebkurš cits ziņojums, par kuru mēs zinām. Arī mūsu racionālā bioloģiski iedvesmotā dizaina dēļ akumulators veiksmīgi izturēja skarbo dinamiskās mehāniskās slodzes pārbaudi. ”
Juana komanda atdalīja anodu / separatoru / katodu / separatoru garās sloksnēs ar vairākiem “zariem”, kas 90 grādus sniedzas no “mugurkaula”. Tad viņi apvij katru zaru ap mugurkaulu, veidojot biezas kaudzes enerģijas uzkrāšanai, piemēram, mugurkaula skriemeļus. Šī unikālā dizaina dēļ akumulatora enerģijas blīvumu ierobežo tikai skriemeļiem līdzīgu kaudzīšu gareniskais procents salīdzinājumā ar visu ierīces garumu, kas var viegli sasniegt vairāk nekā 90 procentus.
Pārbaudot prototipu ar velosipēdu, viņi atrada stabilu sprieguma kontūru, apstiprināja viņu prototipa mehānisko stabilitāti. Viņi to arī salocīja un pagrieza pat pēc izlādes, bet dizains ir ideāls, ka tas neietekmēja sprieguma kontūru. Pārbaude tiek veikta, ievietojot akumulatoru ar lielāku strāvas blīvumu, un arī jaudas saglabāšana ir augsta (84 procenti 3 ° C temperatūrā, uzlāde 1/3 stundas laikā). Prototips izturēja arī dinamiskās mehāniskās slodzes testu.
"Mūsu mugurkaulam līdzīgais dizains ir daudz mehāniski izturīgāks nekā parasti," saka Jangs. "Mēs paredzam, ka mūsu bioloģiski iedvesmotā, pielāgojamā metode elastīgu litija jonu akumulatoru ražošanai varētu ievērojami veicināt elastīgu ierīču komercializāciju."