Гибкие аккумуляторные батареи технологии будущего

Гибкие аккумуляторные батареи. Технологии будущего и применение

Аккумуляторы стали неотъемлемой частью многих современных устройств. Это источники питания цифровых фотоаппаратов, сотовых телефонов, ноутбуков, планшетов, видеокамер, медицинские, промышленные, военные и многие другие приборы.

Литий-ионные аккумуляторные батареи были огромным шагом вперед в сравнении с устаревшими тяжелыми щелочными элементами питания. Но на данный момент и они явно сдерживают совершенствование и развитие мобильной электроники и других сфер. Они пожароопасные, дороги, имеют небольшую емкость и не могут длительно сохранять заряд.

Решить эти проблемы призваны гибкие аккумуляторные батареи, которые должны стать безопасной и дешевой альтернативой существующим батареям. На данный момент гибкие аккумуляторные батареи не нашли промышленного применения, но они активно разрабатываются и совершенствуются. В ближайшем будущем они будут внедряться повсеместно. Гибкие батареи позволят создавать уникальные изделия, которые ранее было трудно себе вообразить.

Устройство

Над устройством гибких аккумуляторных батарей работает множество ученых. Именно поэтому создаются совершенно разные гибкие батареи, которые выполнены из разных элементов и материалов.

  • На самых первых этапах гибкие аккумуляторные батареи имели следующее устройство;
    — полимерные подложки или низко-производительные органические материалы, занимающие слишком много пространства, а также приводящие к снижению емкости элемента;
    — катоды. Для улучшения их свойств они подвергались высокотемпературной обработке;
    — гибкие полимеры, которые разрушаются при высоких температурах.
  • Исследователи из KAIST предложили версию гибкой литий-ионной батареи;
    — тонкая пластина из неорганического материала, которой не страшны высокие температуры;
    — на нее уложены в несколько слоев при помощи клейкой ленты следующие элементы: анод, электролит катод и токоприемник. В результате были выделены части из двух полимерных пленок со слюдой с активными слоями.
    Скручивание подобной гибкой батареи довольно слабо сказывается на ее производительности. Напряжение при сильном сгибании почти не меняется, а емкость снижается не больше 7 процентов. Для коммерческого использования ученым необходимо научиться разделять слои в промышленных условиях. Возможно, этого можно будет добиться применением лазерного метода деламинации.
  • Исследователи из Технологического института Нью-Джерси создали собственный прототип гибких батарей;
    — гибкая пластиковая подложка, которая пропитана электро-активными ингредиентами;
    — электро-активные ингредиенты включают в себя микрочастицы и нанотрубки;
    — микрочастицы выполняются из литиевых солей (литиевые батареи) или из цинка с добавлением диоксида марганца (щелочные батареи).
    Прототип представляет мягкий конверт или пакет, где находятся два электрода — один в виде графитовой пены, а другой – алюминиевый. Все это погружается в специальный солевой раствор. Такая батарея заряжается меньше минуты, очень надежна и безопасна в сравнении с литий-ионными батареями, однако обеспечивает вдвое меньшее напряжение.
Каждый электрик должен знать:  Основные понятия

Применение графита позволяет получать отличную производительность, но до промышленного изготовления батарей будет нужно несколько лет исследований.

  • LG Chem, член корпорации LG, создала литий-ионный аккумулятор в виде кабеля, который имеет диаметр в несколько миллиметров. У нее такая гибкость, что ее можно носить в виде браслета, завязывать узлом и даже соткать ткань из подобных батарей. Устройство у нее следующее:
Каждый электрик должен знать:  Комплектное распределительное устройство (КРУ) – краткая характеристика, преимущества ячеек данного

— Катод из окиси лития-кобальта.
— Анод.
— Электролит.

Главное отличие в том, что все компоненты кабеля-аккумулятора выполнены в виде гибких спиралей, а не располагаются в виде плоских слоев. В качестве катода выступают тонкие медные провода, покрытые специальным слоем из сплава никеля и олова.

Такие нити сплетаются в более толстое волокно, оно обертывается вокруг стержня диаметром 1,5 мм. С удалением стержня остается весьма гибкая и прочная спираль будущего анода. Поверх спирали наматывается алюминиевая лента, после чего погружается в жидкий раствор окиси лития-кобальта, чтобы создать катод аккумулятора.

Получившуюся конструкцию закрывают защитной оберткой, а центральная полость наполняется жидким электролитом.
Плотность хранения энергии и напряжение полностью соответствует обычным литий-ионным батареям, но они более гибкие и тонкие.

Принцип действия
В основе большинства создаваемых гибких аккумуляторов лежат полимерные электроды. Они наделены структурой, которая напоминает вязкую текучую жидкость. В результате их можно:
  • Гнуть.
  • Изгибать.

Кроме того, они отличаются экологической безопасностью. Вызвано это тем, что Новые гибкие аккумуляторные батареи не содержат электролита.

На текущий момент изобретение гибких литий-ионных аккумуляторов пока что находится в стадии производства прототипа. Однако в ближайшие годы планируется коммерциализировать указанное изобретение. В то же время батарея уже испытана и подтвердила, что может выдерживать изгибы, повороты и иные деформации, сохраняя собственную способность удерживать заряд.

Но есть компании, которые продолжают линейку уже существующих аккумуляторов, создавая образцы литий-ионных батарей, обладающих способностью к деформации. Так в гибких батареях компании Panasonic применяется внутренняя структура проводки и многослойные наружные корпусы, которые избегают, перегрев или утечку электролита. Корпус аккумулятора защищает ламинированная оболочка.

Каждый электрик должен знать:  Влияние отклонений напряжения на работу электроприемников

Гибкие аккумуляторные батареи Panasonic имеют толщину в 0,55 мм, они могут изгибаться так, что по кривой они закручиваются в радиус 25 мм. Батареи Panasonic держат заряд в пределах 17,5-60 мАч. Для современных смартфонов этой мощности пока не хватает, но изобретение уже сегодня можно успешно использовать для маломощных устройств, к примеру, смарт-одежды или смарт-карт.

Применение

Над гибкими батарейками работают множество компаний, среди них такие гиганты, как LG, Samsung и Panasonic. Их инженеры пытаются создавать не только гибкие аккумуляторы, но дисплеи и микропроцессоры. В ближайшие годы компании отойдут от гонки разрешений и диагоналей в мобильной технике, чтобы начать сгибать все, что только можно.

LG уже произвела телевизор, который вполне можно скрутить в рулон. В скором времени в магазинах вполне могут начать продавать погонные метры телевизоров, компьютеров и смартфонов.

Другие компании также не отстают и внедряют гибкие батареи в различные устройства:
  • Носимые гаджеты в виде часов, браслетов.
  • Ремешки устройств.
  • Многочисленные модели «умной» одежды, в которых сегодня применяется жесткий аккумулятор.
  • Гибкие шторы, жалюзи.
  • Телевизоры, смартфоны и так далее.

Единственное, что данные устройства выполнены только в прототипах и небольших количествах, а также не лишены недостатков.

Добавить комментарий