Berbentuk seperti tulang belakang, reka bentuk baru memungkinkan fleksibiliti yang luar biasa, ketumpatan tenaga tinggi, dan voltan stabil tidak kira bagaimana ia dilenturkan atau dipintal
Trend elektronik Fleksibel dan Boleh Dipakai meningkat dengan pesat. Jam tangan pintar, kaca pintar, sensor dan paparan fleksibel-seperti telefon pintar, tablet, dan TV dll. Untuk permintaan ini, bateri fleksibel berprestasi tinggi juga meningkat. Hingga kini, para penyelidik menghadapi masalah untuk mendapatkan fleksibiliti dan ketumpatan tenaga yang tinggi dalam bateri lithium-ion.
Yuan Yang Penolong profesor sains dan kejuruteraan bahan di jabatan fizik dan matematik terapan di Columbia Engineering dan pasukannya mengembangkan prototaip yang mampu menghadapi cabaran ini. Yuan Team membentuk prototaip bateri fleksibel mereka seperti tulang belakang manusia yang membolehkan fleksibiliti luar biasa dengan ketumpatan tenaga yang tinggi, dan juga memberikan voltan yang stabil walaupun tidak kira bagaimana ia dipusingkan atau dilenturkan.
"Ketumpatan tenaga prototaip kami adalah salah satu yang paling tinggi dilaporkan setakat ini," kata Yang. "Kami telah mengembangkan pendekatan sederhana dan berskala untuk membuat bateri lithium ion seperti tulang belakang yang fleksibel yang mempunyai sifat elektrokimia dan mekanikal yang sangat baik. Reka bentuk kami adalah calon yang sangat menjanjikan sebagai bateri lithium-ion generasi pertama, fleksibel dan komersial. Kami kini mengoptimumkan reka bentuk dan meningkatkan prestasinya. "
Yuan Team terinspirasi oleh pergerakan tulang belakang yang lentur semasa melakukan senaman di gimnasium. Tulang belakang manusia sangat fleksibel dan kuat secara mekanikal. Yuan menggunakan model tulang belakang untuk membina bateri dalam reka bentuk yang sama. Prototaip mempunyai segmen luas dan padat yang mampu menyimpan tenaga dengan memutar elektrod di sekitar bahagian fleksibel tipis yang menghubungkan elektrod bersama-sama. Sesuai reka bentuk tulang belakang manusia, elektrod mewakili "vertebra" dan bahagian fleksibel mewakili "sumsum".
"Oleh kerana isipadu bahagian elektrod kaku jauh lebih besar daripada interkoneksi fleksibel, ketumpatan tenaga bateri fleksibel seperti itu dapat lebih besar daripada 85 persen bateri dalam kemasan komersial standard," jelas Yang. "Kerana bahagian bahan aktif yang tinggi dalam keseluruhan struktur, bateri seperti tulang belakang kami menunjukkan ketumpatan tenaga yang sangat tinggi - lebih tinggi daripada laporan lain yang kami ketahui. Bateri juga berjaya bertahan dalam ujian beban mekanikal dinamik yang keras kerana reka bentuk yang diilhamkan oleh bio rasional kami. "
Pasukan Yuan memisahkan anod / pemisah / katod / pemisah menjadi jalur panjang dengan beberapa "cabang" memanjang 90 darjah dari "tulang belakang". Kemudian mereka melampirkan setiap cabang di sekitar tulang belakang untuk membentuk timbunan tebal untuk menyimpan tenaga, seperti vertebra di tulang belakang. Kerana mempunyai reka bentuk yang unik ini, ketumpatan tenaga bateri hanya dibatasi oleh peratusan longitudinal timbunan seperti vertebra dibandingkan dengan keseluruhan panjang peranti, yang dapat dengan mudah mencapai lebih dari 90 persen.
Menguji prototaip dengan berbasikal, mereka mendapati garis besar voltan stabil, mengesahkan kestabilan mekanikal prototaip mereka. Mereka juga melenturkan dan memutarnya walaupun selepas pembuangan tetapi reka bentuknya sempurna sehingga tidak mempengaruhi garis besar voltan. Pengujian dilakukan dengan meletakkan bateri dengan ketumpatan arus yang lebih tinggi dan pengekalan kapasiti juga tinggi (84 peratus pada 3C, pengisian dalam 1/3 sejam). Prototaip juga lulus ujian beban mekanikal dinamik.
"Reka bentuk seperti tulang belakang kami jauh lebih mantap secara mekanikal daripada reka bentuk konvensional," kata Yang. "Kami menjangkakan bahawa kaedah terinspirasi bio, yang dapat diukur untuk menghasilkan bateri Li-ion fleksibel dapat memajukan pengkomersialan peranti fleksibel."