Учени са създали уникална литиева батерия – безопасно е да я огъвате, режете и пробивате
Екип от учени от Калифорнийския университет в Бъркли (UC Berkeley) е постигнал прогрес в основаването на безвредна литиева батерия. Сегашните литиеви акумулатори са изключително податливи на риск от пожар при щета – проблем, който е отхвърлен в новата разработка. Нещо повече, основаната от откривателите батерия може да се разтяга, огъва и даже да претърпява отчасти продупчване без последици – всичко, което е належащо за развиването на роботиката.
Предишните разработки в тази област не можеха да се похвалят с дълъг живот и огромен брой цикли на зареждане. Батерията на учените от UC Berkeley е преодоляла тези и други ограничавания, като е демонстрирала в първообраз, че може да издържи най-малко 500 цикъла на зареждане.
Това е почти същият брой цикли, на които дават обещание да устоят днешните всеобщо създавани литиево-йонни акумулатори.
В процеса на основаване на батерия, устойчива на тежки физически въздействия, откривателите са се справили с две съществени провокации. Първо, батерията не трябвало да съдържа токсични материали. Второ, структурата на електролита е трябвало да резервира личната си форма – в случай че това определение е уместно за електролит под формата на „ желе “. Учените се оправят и с двете провокации, макар че не всичко се получава съвършено.
„ Съвременните акумулатори се нуждаят от твърда обвивка, защото електролитът, употребен в тях е взривоопасен. Ние искахме да създадем батерия, която може да се употребява безвредно без твърда обвивка. За страдание гъвкавите обвивки, направени от полимери или други гъвкави материали могат елементарно да пропуснат въздух или вода, като реагират със общоприетите електролити, генерирайки доста топлота и евентуално водейки до пожари и детонации. Ето за какво през 2017 година започнахме да опитвам с квазитвърди хидрогелни електролити. “
обясняват учените
Тъй като не е имало готово решение, откривателите са тествали доста съединения, преди да реализират надеждни молекулни връзки в електролита, като в същото време поддържат допустима йонна проводимост. По-специално, работното напрежение на батерията е нараснало до 3 V или даже малко по-високо, до момента в който преди този момент квазитвърдите хидрогелни електролити лимитираха тази стойност до към 1,2 V, което е незадоволително за на практика приложения.
Новият електролит се основава на така наречен цвитерионни (zwitterionic) полимери – клас макромолекули, съдържащи както позитивно, по този начин и негативно заредени групи в основните или страничните вериги. Тези заряди са близо един до различен и постоянно се обезвреждат взаимно, с цел да образуват молекули с обща електрическа индиферентност. В батериите подобен полимер употребява „ позитивните си страни “, с цел да се свърже с молекулите на водата, а негативния си заряд – с цел да притегли литиевите йони.
Експериментите демонстрират, че батерия с мека обвивка от хидрогел всмуква единствено 19% влага от въздуха при мокрота 50%. Това разрешава на батерията да работи при напрежение 3,1 V. Двата забележителни минуса на новата батерия са по-бързата загуба на потенциал – до 60% от първичното равнище след 500 цикъла на зареждане (докато актуалните акумулатори губят не повече от 20%), и ниската енергийна компактност на съхранената сила, която е единствено към 10% от равнището на актуалните акумулатори.
Новата „ мека “ батерия в гъвкава полимерна опаковка може да се огъва, усуква, пробива и даже реже без последици. Тя даже може да се възвърне от порязвания, макар че за задачата би трябвало да бъде изпечена във фурна.
Учените са уверени, че новопридобитите свойства ще оказват помощ при основаването на по-безопасна електроника – от роботиката до носимите устройства. Особено като се има поради, че характерностите на батерията към момента могат да бъдат усъвършенствани. Това е единствено въпрос на време и на по-нататъшни научни проучвания.
