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2024-07-17 21:04:13
バッテリーというと、伸縮性は思い浮かばないかもしれません。しかし、ウェアラブル健康モニターで注目を集めているフレキシブル電子機器に組み込むには、バッテリーにこの形状変化特性が必要です。現在、 ACS エネルギーレター 5000% まで膨張可能な電解質層を含む完全に伸縮可能なコンポーネントを備えたリチウムイオン電池が報告されており、この電池は 70 回近くの充放電サイクルを経ても電荷貯蔵容量を維持します。
曲げたり伸ばしたりする電子機器には、同様の特性を持つ電池が必要だ。これまでそうした電池を作ろうとした研究者のほとんどは、導電性の織物や、折り紙のように伸縮性のある形に折りたたんだ硬い部品を使って電池を作った。しかし、真に可鍛性のある電池には、電荷を集める電極や電荷をバランスさせる中間電解質層など、すべての部品が伸縮性でなければならない。これまでのところ、真に伸縮性のある電池のプロトタイプは、中程度の伸縮性、複雑な組み立て工程、特に繰り返し充放電すると時間が経つにつれてエネルギー貯蔵容量が限られるといった問題があった。後者は、電解質層と電極の接続が弱いか、電池の形状が変わると動き回る液体電解質の不安定さに起因している可能性がある。そこで Wen-Yong Lai らは、液体を使用する代わりに、2 枚の柔軟な電極フィルムの間に融合したポリマー層に電解質を組み込み、完全に固体で伸縮性のある電池を作ろうと考えた。
完全に伸縮性のあるバッテリーの電極を作るために、研究チームは銀ナノワイヤー、カーボンブラック、リチウムベースのカソードまたはアノード材料を含む導電性ペーストの薄いフィルムをプレートの上に広げた。次に、コンタクトレンズで一般的に使用される柔軟な材料であるポリジメチルシロキサンの層をペーストの上に塗布した。研究者らは、このフィルムの上にリチウム塩、高伝導性液体、伸縮性ポリマーを作る材料を直接加えた。光で活性化されると、これらの成分が結合して、元の長さの5000％まで伸び、リチウムイオンを輸送できる固体のゴム状層を形成する。最後に、スタックの上に別の電極フィルムを載せ、デバイス全体を保護コーティングで密封した。
伸縮性のある固体電池の設計を、従来の液体電解質を使用した同様のデバイスと比較すると、新しいバージョンは急速充電で平均充電容量が約 6 倍高くなりました。同様に、固体電池は 67 回の充放電サイクル中、動作中により安定した容量を維持しました。固体電極を使用して作成された他のプロトタイプでは、ポリマー電解質は 1000 サイクル以上安定した動作を維持し、最初の 30 サイクルで容量が 1% 低下したのに対し、液体電解質では 16% 低下しました。まだ改善の余地はありますが、完全に伸縮可能な固体電池を作成するこの新しい方法は、体に合わせて曲がったり動いたりするウェアラブル デバイスや埋め込み型デバイスにとって有望な前進となる可能性があります。
著者らは、中国国家重点研究開発計画、中国国家自然科学基金、江蘇省自然科学基金、浙江省フレキシブル電子工学重点実験室基金、江蘇省特任教授プログラム、NUPT「1311 プロジェクト」および科学基金、中国ポストドクター科学基金、NJUPT 有機電子情報ディスプレイ国家重点実験室プロジェクト、および NJUPT 自然科学基金からの資金提供に感謝の意を表します。
#フレキシブル電子機器向けの完全に伸縮性のあるリチウムイオン電池