(Phys.org)—Wetenschappers hebben suikerklontjes gebruikt als sjabloon voor het synthetiseren van rekbare batterij-elektroden, die als een belangrijk onderdeel dienen in nieuw ontworpen rekbare maar mechanisch robuuste natrium-ionbatterijen. Hoewel er de laatste tijd veel onderzoek is gedaan naar rekbare batterijen, meestal bevatten deze apparaten nog enkele starre componenten. Door elektroden te gebruiken die op suikerklontjes zijn gemodelleerd, de nieuwe batterij is een van de eerste natrium-ionbatterijen waarvan de onderdelen allemaal volledig rekbaar zijn.

De wetenschappers, geleid door Guihua Yu aan de Universiteit van Texas in Austin, hebben een artikel gepubliceerd over de nieuwe rekbare batterijen in een recent nummer van: Geavanceerde materialen .

Door te beginnen met suikerklontjes, de onderzoekers waren in staat om de grootte te verkrijgen, vorm, en porositeit die nodig zijn voor hoogwaardige batterij-elektroden. De onderzoekers plaatsten eerst gewone suikerklontjes op een polymeergel in een schaaltje. Nadat de schaal in een vacuüm was geplaatst, verwarmd in een oven, en gewassen, de suiker werd opgelost en de polymeergel nam zijn plaats in, resulterend in rekbare polymeersponzen. De poriën van de polymeersponzen werden vervolgens gevuld met een geleidende op grafeen gebaseerde oplossing om "sponselektroden, " wat de onderzoekers bereikten door de sponzen in de oplossing onder te dompelen en er meerdere keren in te knijpen om het op te nemen.

Zoals de onderzoekers uitlegden, de poreuze architectuur van de spons zorgt voor een combinatie van rekbaarheid, mechanische kracht, snel natrium-ion transport, en grote opslagcapaciteit. Tests toonden aan dat de volle batterij kan worden uitgerekt tot 50% voorbij zijn oorspronkelijke lengte, en dat de spanning wordt beperkt door de intrinsieke eigenschappen van het polymeermateriaal. De onderzoekers verwachten dat het aanpassen van het polymeer of het ontwikkelen van een nieuw elastomeer met nanoarchitectuur de rekbaarheid van de batterij verder zou kunnen vergroten.

"Dit eerste-in-zijn-soort batterijontwerp behoudt betere mechanische eigenschappen in vergelijking met de meeste gerapporteerde ontwerpen met een of meer stijve componenten die niet voldoen aan de rekbaarheidsvereiste voor het hele apparaat, " vertelde Yu aan Phys.org. "Bovendien, de aangetoonde elektrochemische prestaties wedijveren met de meeste eerder gerapporteerde rekbare energiesystemen. Deze nieuwe rekbare natrium-ionbatterij vertegenwoordigt een veelbelovend alternatief voor de volgende generatie energieopslagtechnologieën in een breed scala aan toepassingen."

In zijn huidige vorm, de batterij behoudt bijna 90% van zijn capaciteit na 100 cycli van uitrekken tot 50% belasting. Deze prestatie is voldoende om de onderzoekers in staat te stellen de rekbare batterij op een elleboogbrace te monteren, en laat zien dat de batterij een LED blijft voeden wanneer de arm van de gebruiker onder verschillende hoeken wordt gebogen. De rekbare batterij heeft potentiële toepassingen in aanpasbare huidsensoren voor gezondheidsbewaking, draagbare communicatieapparatuur, oprolbare displays, en implanteerbare medische hulpmiddelen.

In de toekomst, de onderzoekers zijn van plan om verdere verbeteringen aan de batterij aan te brengen, zoals het verlengen van de levensduur en het opschalen van het ontwerp naar grotere batterijen. Ze verwachten dat het sponsontwerp ook kan worden uitgebreid naar andere soorten apparaten, zoals apparaten voor het oogsten van energie.

"Toekomstige richtingen zullen gericht zijn op het verder verbeteren van de mechanische eigenschappen en elektrochemische prestaties, samen met het verlagen van de productiekosten, ' zei Yu.

© 2017 Fys.org