211service.com
Spray-on batterier kan omforme energiopbevaring
Forestil dig at spraymale siden af dit hus, og det producerer ikke kun strøm fra solen, men kan også gemme energien til senere. En ny tilgang til batteridesign fra Rice University-forskere kunne muliggøre det og andre typer spray-on-batterier.
Rice University-teamet skabte battericeller på overfladen af badeværelsesfliser og var, når de blev opladet af en solcelle, i stand til at drive et LED-lys. Kredit: Rice University
Forskningen, offentliggjort sidste uge i naturen , søger en ny tilgang til batterifremstilling ved at bruge materialer, der kan spraymales på forskellige overflader. Kombineret med fleksible trykte kredsløb og forskning i spray-on solceller giver teknikken mulighed for at forvandle almindelige objekter til smarte enheder med computerkraft og lagring. En anden mulighed er forbrugerelektronik, såsom mobiltelefoner eller kameraer, med batteribelægning.
Konventionelle lithium-ion-batterier er lavet med flere lag af forskellige komponenter, herunder anode, separator, katode og metalfolier til at opsamle ladning. Denne gelérullestruktur betyder, at lithium-ion-batterier er begrænset til cylindriske og rektangulære eller prismatiske celler.
Rice-gruppen fokuserede på at bruge flydende komponenter, der kunne males med en luftbørste. I et eksperiment blev de fem traditionelle batterikomponenter påført som lag på ni keramiske badeværelsesfliser og andre husholdningsgenstande, inklusive et ølkrus, til test. De fandt ud af, at teknikken kunne bruges på keramik, rustfrit stål og fleksible polymerer.
Badeværelsets flisebatterier blev tilsluttet parallelt og forbundet til solcellepanel for at tænde et LED-lys i seks timer. Batterierne leverede konstant 2,4 volt.
Kernevidenskaben bag indsatsen var at finde en passende flydende sammensætning til de forskellige batterikomponenter. Lithium-ion-batterier bruger ofte en aluminiumsfolie til at opsamle positiv ladning, men ledende aluminiumsmikropulvere udgør sundhedsproblemer, hvis de sprøjtes, så gruppen brugte enkeltvæggede nanorør til at opsamle strøm.
Gruppen stødte også på fabrikationsproblemer, hvor de forskellige lag pillede fra hinanden efter sprøjtning. For en separator slog forskerne sig på en polymermaling bestående af en blanding af harpiks, plexiglas og siliciumdioxid i et opløsningsmiddel. Den sværeste del var at opnå mekanisk stabilitet, og separatoren spillede en afgørende rolle, sagde Neelam Singh, der var hovedforfatter af papiret, i en udmelding . Den endelige tykkelse var omkring 200 mikron, eller tykkelsen af et par hårstrå.
Singh beskriver arbejdet som et nyt koncept inden for batterier, der frigør designere fra nutidens formers begrænsninger. Nu har vi fleksibiliteten i valg af underlag og former for batterier. Vi kan lave printbare batterier på praktisk talt ethvert materiale, sagde hun i en video udgivet af professor Pulickel Ajayans laboratorium på Rice.
Et traditionelt lithium-ion-batteri har en gelé-rollekonstruktion (til venstre), mens Rice-batteriteknikken bruger maling til de aktive komponenter, som kan sprøjtes på en overflade. Kredit: Rice University
Batteriernes ydeevne er sammenlignelig med nutidens lithium-ion-batterier, og kapaciteten af eksperimentelle batterier var tæt på forudsigelser, hvilket tyder på, at processen kunne tilpasses til håndholdte spraydåser, ifølge Rice.
Men papiret påpeger en væsentlig begrænsning for ideen om at købe spraydåser med lithium-koboltoxid i isenkræmmeren til et gør-det-selv-batteri. Lithium-ion batterikomponenter er følsomme over for luft og fugt, hvilket betyder, at det ville være farligt at producere spray-on batterier direkte på udendørs uden dyrt udstyr.
Alligevel, fordi spray-on-teknikken kan bruges med industrielle sprøjtepistoler og ikke kræver eksotiske materialer, kan forskningen tænkes kommercialiseret, hvis en brugbar anvendelse kan findes. Ud over at forbedre den grundlæggende batteriydelse – opladningscyklusser, kapacitet, sikkerhed – skal omkostningerne også estimeres.