Met de lancering van draagbare apparaten en smartphones die een hoge stroomcapaciteit nodig hebben, zoals opvouwbare telefoons en 5G-telefoons, de belangstelling voor batterijen neemt toe en er zijn verschillende batterijtypes in ontwikkeling. Bijvoorbeeld, flexibele batterijen ingebed in een mobiele horlogeband of draadloze power sharing-batterijen die zijn ontwikkeld door draadloos opladen. Echter, er is momenteel geen productieproces voor een batterij die duizenden milliampère-uur (mAh) produceert met de capaciteit om opvouwbaar te zijn. Onlangs, een onderzoeksteam uit Korea ontwikkelde een monolithische elektrode die zware koperen collectoren kan vervangen en maakte de ontwikkeling mogelijk van zo'n flexibele batterij met hoge capaciteit.

Professor Soojin Park van de afdeling Chemie en Geavanceerde Materiaalkunde met zijn postdoctoraal onderzoeker, Jaegeon Ryu en zijn Ph.D. student, Jieun Kang heeft in samenwerking met het Korea Institute of Materials Science met succes een flexibele batterij met dunne en driedimensionale organische elektroden ontwikkeld.

Verder, ze waren in staat om het gewicht van een batterij met 10 keer meer te verlagen dan de conventionele koperen collector door een driedimensionale koperen collector te gebruiken. In plaats van een grafietanode te gebruiken, ze gebruikten organische materialen en waren in staat om de energiedichtheid van een batterij met vier keer en meer te verhogen. Hun onderzoek is gepubliceerd in het recente nummer van ACS Nano .

De elektrische geleidbaarheid van een organisch materiaal is laag en er was geen oplossing om een ​​collector en organisch materiaal te integreren. Om deze reden, het was voor hun onderzoek niet mogelijk geweest om een ​​monolithische elektrode met organische materialen aan te tonen. Het onderzoeksteam bestudeerde een nieuwe manier om een ​​stroomcollector te vervangen die een batterij zwaar maakt en een grafietanode met een lage energiedichtheid om het gewicht van de batterij innovatief te verlagen.

Het team produceerde een driedimensionale structuur met een hoge elektrische geleidbaarheid met behulp van enkelwandige koolstofnanobuisjes (SWCNT) aerogels. Hier, ze construeerden dunne monolithische organische elektroden door een organisch materiaal op nanometerschaal op imide gebaseerd netwerk (IBN) 2) te coaten.

De driedimensionale monolithische elektroden gecoat met 8 nm dunne en instelbare dikke organische IBN-lagen leverden een capaciteit tot 1550 mA h g ^-1 en had de capaciteit om meer dan 800 keer op te laden. Deze elektroden waren bedekt met organische materialen. Ondanks hun slechte intrinsieke elektrische geleidbaarheid, ze hadden een hoge elektrische geleidbaarheid en ze toonden ook verbeterde elektrochemische prestaties van de oplaadbare batterij aan door een snelle overdracht van lithium door overvloedige redox-actieve plaatsen te helpen. Bovendien, dikte van de beklede organische materialen kan gemakkelijk worden gecontroleerd en ze waren in staat om de stroomdichtheid van de organische elektrode sterk te verbeteren.

De nieuw ontwikkelde elektrode kan op metaal gebaseerde collectoren vervangen en dit maakt de ontwikkeling mogelijk van een lichte en flexibele oplaadbare batterij die later kan worden toegepast op draagbare elektronische apparaten, flexibele apparaten, telecommunicatie en elektronische voertuigen van de volgende generatie.

Professor Soojin Park, die het onderzoek leidde, merkte op:"We kunnen het gewicht van een oplaadbare batterij enorm verlagen door deze nieuw ontwikkelde monolithische elektrode met SWCNT organische materialen te gebruiken. Dit kan de beperkingen van de conventionele oplaadbare batterij overwinnen en kan flexibiliteit en gewichtsverlichting van een organische batterij realiseren."