Et batteri du kan se igennem

Forskere ved Stanford University har lavet fuldt gennemsigtige batterier, den sidste manglende komponent, der er nødvendig for at lave gennemsigtige skærme og andre elektroniske enheder.

Klar strøm: Gennemsigtige lithium-ion-batterier som denne kunne i sidste ende drive klar bærbar elektronik.

professor i materialevidenskab i Stanford Yi Cui , der ledede arbejdet, siger, at en enorm mængde forskning går i at få batterier til at gemme mere energi i længere tid, men der har været lidt opmærksomhed på at gøre dem smukkere og mere avancerede.

Forskere har tidligere lavet gennemsigtige variationer af andre større klasser af elektronik, herunder transistorer og de komponenter, der bruges til at styre skærme, men endnu ikke batterier. Og hvis du ikke kan gøre batteriet gennemsigtigt, kan du ikke gøre gadgetten gennemsigtig, siger Cui.

Nogle batterikomponenter er nemmere at lave med gennemsigtige materialer end andre. Elektroderne er den vanskelige del, siger Cui. En måde at lave en gennemsigtig elektrode på er at gøre den meget tynd, i størrelsesordenen omkring 100 nanometer tyk. Men en tynd elektrode kan typisk ikke lagre nok energi til at være nyttig.

En anden fremgangsmåde er at lave elektroden i form af et mønster, der har træk, der er mindre, end det blotte øje kan se. Så længe der er nok samlet elektrodemateriale i batteriet, kan denne type elektrode stadig lagre en betydelig mængde energi. Cui designede en mesh-elektrode, hvor alle linjer i nettet er i størrelsesordenen 50 mikrometer, reelt usynlige, og firkanterne inde i nettet ikke indeholder batterimaterialer.

Fremstilling er også vanskelig, da de sædvanlige metoder til fremstilling af komponenter i denne opløsning kræver barske kemiske processer, der beskadiger batterimaterialer. Stanford-gruppen brugte i stedet en forholdsvis enkel metode til at lave de gennemsigtige mesh-elektroder, som holdes sammen inde i en klar, squishy polymer kaldet PDMS.

De starter med at bruge litografi til at lave en form på en siliciumwafer. Derefter hælder de flydende PDMS over formen, hærder polymeren for at størkne den og piller den af ​​formen. PDMS-arket graveres derefter med et gitter af smalle kanaler. Derefter drypper de en opløsning af elektrodematerialer på overfladen af ​​PDMS. Kapillærvirkning trækker materialerne ind, indtil de har fyldt alle kanalerne for at skabe nettet. Forskerne brugte standard lithium-ion batterimaterialer til at fremstille deres elektroder.

For at lave det komplette batteri lægger de en klar gelelektrolyt mellem de to elektroder og lægger det hele i en beskyttende plastikindpakning. Stanford-forskerne skabte prototyper og brugte dem til at drive en LED, hvis lys kan ses gennem selve batteriet.

Cui siger, at disse batterier i teorien burde være i stand til at lagre omkring halvt så meget energi som et uigennemsigtigt batteri i tilsvarende størrelse, fordi der er en afvejning mellem energitæthed og gennemsigtighed. De kan lægge et tykkere net af elektrodematerialer for at lagre mere energi, men det betyder, at mindre lys slipper igennem.

Indtil videre kan hans laboratoriums prototyper lagre 20 watt-timer pr. liter, omtrent lige så meget energi som et nikkel-cadmium-batteri, men Cui forventer at forbedre dette med en størrelsesorden, delvist ved at reducere tykkelsen af ​​polymersubstratet, og ved at lave skyttegravene, der holder elektrodematerialerne dybere.

En anden måde at lagre mere energi på uden at ofre gennemsigtighed ville være at stable flere celler oven på hinanden på en sådan måde, at gitteret af elektroderne er på linje, så lyset kan passere igennem. Indtil videre har gruppen lavet elektroder, der er omkring en tomme på tværs, men Cui siger, at de kunne gøres meget større, og materialet kunne simpelthen skæres til den ønskede størrelse.

skjule