Гибкие аккумуляторные батареи

Главная » Новости » Гибкие аккумуляторные батареи

Содержание

1 Устройство
2 Принцип действия
3 Применение
4 Особенности и разновидности
5 Преимущества и недостатки
6 Перспективы

На сегодняшний день аккумуляторы стали неотъемлемой частью многих современных устройств. Они используются в телефонах, ноутбуках, планшетах, видеокамерах и медицинских приборах. Огромным шагом вперед стали литий-ионные аккумуляторные батареи по сравнению с устаревшими щелочными элементами питания. Однако эти аккумуляторы имеют и недостатки. Они пожароопасные, дорогие, имеют небольшую емкость и не могут длительное время сохранять заряд.

Особенности гибкой аккумуляторной батареи

Специалисты утверждают, что решить подобные проблемы смогут гибкие аккумуляторные батареи, которые смогут стать безопасной и дешевой альтернативой существующим батареям. На данный момент гибкие батареи еще не нашли промышленного применения, но они продолжают активно усовершенствоваться. Гибкие батареи позволят создавать уникальные изделия, которые ранее сложно было представить.

Устройство

Над устройством гибких аккумуляторных батарей работает множество ученых. Поэтому на сегодняшний день можно встретить различные аккумуляторы, которые выполнены из разных элементов и материалов.

На первых этапах гибкие аккумуляторные батареи имели следующее устройство:

Полимерные подложки и низко-производительные органические материалы, которые занимают много пространства.
Катоды. Для улучшения свойств этих элементов специалисты подвергали их высокотемпературным обработкам.
Гибкие полимеры, которые разрушались при высоких температурах.

Затем исследователи из KAIST свою версию гибкой литий-ионной батареи:

Тонкая пластина, которая может выдерживать высокие температуры.
С помощью клейкой ленты на нее укладывают несколько слоев: анод, электролит катод и токоприемник.

Скручивание подобного аккумулятора практически не сказывается на его производительности. Даже при сильном сгибании напряжение практически не меняется, а емкость снижается не больше, чем на 7%.

Исследователи из технологического института Нью-Джерси создали свой собственный прототип гибких батарей:

Гибкая пластиковая подложка, которую пропитывают электро-активными ингредиентами.
Электро-активные ингредиенты включают в себя микрочастицы и нанотрубки.
Микрочастицы выполняются из литиевых солей или из цинка с добавлением диоксида марганца.

Если рассмотреть этот прототип тогда можно заметить, что он представляет собою конверт или пакет, в котором находятся два электрода. Все это помещается в солевой раствор. Такая батарея заряжается меньше минуты, и она является полностью безопасной по сравнению с литий-ионными аккумуляторами.

LG Chem также разработала свою гибкую аккумуляторную батарею. Аккумулятор был выполнен в виде кабеля, а его диаметр составляет всего несколько миллиметров. Теперь давайте рассмотрим ее устройство:

Катод выполнен из окси лития-кольбата.
Анод.
Электролит.

Главная особенность этого аккумулятора заключается в том, что все компоненты выполнены в виде гибких спиралей, а не располагаются в виде гибких слоев. В качестве катода выступают тонкие медные провода, покрыты специальным слоем из сплава никеля и олова.

Гибкая аккумуляторная батарея от LG Chem

В дальнейшем такие нити будут сплетаться в более толстое волокно и обертываются вокруг стержня диаметром в 1.5 мм. После удаления стержня останется гибкая и прочная спираль будущего анода. Готовую конструкцию специалисты закрывают специальной 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 гибких аккумуляторов, которые можно встретить на сегодняшний день лежат полимерные электроды. Они наделены уникальной структурой, которая напоминает вязкую текучую жидкость. В результате этого такие аккумуляторы можно:

гнуть;
изгибать.

Кроме этого, основное отличие заключается в их экологической безопасности. Сейчас изобретение гибких аккумуляторных батарей еще находится на стадии производства прототипа. Однако в скором времени специалисты планируют коммерциализировать указанное изобретение. Многие батареи уже были испытаны и подтвердили, что способны выдерживать изгибы.

Также можно встретить компании, которые начали просто усовершенствовать литий-ионные батареи. Гибкие батареи от компании Panasonic используют внутреннюю структуру проводки и многослойные наружные корпусы, которые избегают перегрева или утечки электролита. Корпус аккумулятора защищает ламинированная оболочка.

Гибкие аккумуляторные батареи Panasonic

Толщина гибких батарей от Panasonic составляет всего 0.55 мм. Батарея способна держать зарядку в пределах 17.5-60 мАч. Для современных смартфонов этой мощности пока недостаточно, но уже сегодня подобные аккумуляторы можно использовать для маломощных устройств.

Применение

Над гибкими батарейками работают многие компании, среди них можно встретить таких гигантов, как Samsung, LG, Panasonic. Их разработчики стараются создавать не только гибкие аккумуляторы, но и экраны и микропроцессоры. Компания LG уже разработала телевизор, который при необходимости можно скрутить в рулон. Другие компании тоже не отстают и внедряют гибкие аккумуляторы на следующих устройствах:

Гаджетах в виде часов.
Ремешках устройств.
Различных моделях умной одежды.
Гибких шторах.
Телевизорах и смартфонах.

Конечно, такие устройства еще не попали в массовое производство и выполнены пока только в прототипах.

Особенности и разновидности

Ультратонкие цинк-полимерные батареи от известной компании Imprint Energy получаемые методом промышленной трафаретной печати. В конструкции этих аккумуляторов используют особо твердый полимерный электролит, который исключает замыкание и позволяет значительно увеличить емкость и стабильность источника питания.
Аккумуляторные батареи на основе литиевых порошков, углеродных нанотрубок. Такие аккумуляторы обладают хорошей проводимостью и стабильной мощностью.
Батареи на основе литий-ионных аккумуляторов позволяют сгибать их в произвольном направлении.
Аккумуляторные устройства на основе алюминий-ионных ячеек. Этот прототип объединяет в себе графитовый катод и алюминиевый анод.
Волокнистые суперконденсаторы, состоящие из обычной бумаги или иного волокнистого материала, которые в дальнейшем покрываются составом из серебряных нанопроводников и углеродных нанотрубок. Такие батареи в дальнейшем вы можете гнуть, мять и окунать в кислотные растворы. Каждый кубический миллиметр этой батареи может сохранять до 6.3 мВт энергии.

Преимущества и недостатки

К основным преимуществам гибких батарей на сегодняшний день относят:

Низкий саморазряд.
Большую плотность энергии на единицу массы и объема.
Возможность получить гибкие формы.
Толщина элементов составляет от 1 мм.
Отсутствие эффекта памяти.
Незначительный перепад напряжения при разрядке.
Достаточно широкий диапазон рабочих температур.

К недостаткам многие специалисты относят:

Старение. Под воздействием заряда и изменения температур литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы снижают свою емкость.
Нужны дополнительные исследования.
Для коммерческого использования потребуются дополнительные вложения.

Перспективы

Благодаря гибким аккумуляторным батареям у многих ученых появится возможность изобретать что-то новое и интересное. Такие батареи в обязательном порядке должны появиться в смартфонах, планшетах и других компьютерных устройствах.