Omurga şeklindeki yeni tasarım, nasıl bükülür veya bükülürse bükülsün, olağanüstü esneklik, yüksek enerji yoğunluğu ve sabit voltaj sağlar
Esnek ve Giyilebilir elektronik trendi hızla yükseliyor. Akıllı saatler, akıllı cam, sensörler ve akıllı telefonlar, tabletler ve TV'ler gibi esnek ekranlar. Bu yüksek performanslı esnek pillere olan talep de arttı. Şimdiye kadar araştırmacılar, lityum iyon pillerde hem esneklik hem de yüksek enerji yoğunluğu elde etme konusunda sorunlarla karşı karşıya.
Yuan Yang Columbia Engineering'de uygulamalı fizik ve matematik bölümünde malzeme bilimi ve mühendisliği profesörü yardımcısı ve ekibi bu zorluklarla yüzleşebilen bir prototip geliştirdi. Yuan Ekibi, esnek pil prototipini, yüksek enerji yoğunluğu ile inanılmaz esneklik sağlayan ve aynı zamanda nasıl büküldüğü veya esnetildiği önemli olmaksızın sabit voltaj sağlayan insan omurgası gibi şekillendirdi.
Yang, "Prototipimizin enerji yoğunluğu şu ana kadar bildirilen en yükseklerden biri" diyor. "Mükemmel elektrokimyasal ve mekanik özelliklere sahip esnek, omurga benzeri bir lityum iyon pil üretmek için basit ve ölçeklenebilir bir yaklaşım geliştirdik. Tasarımımız, birinci nesil, esnek, ticari lityum iyon pil olarak çok umut verici bir adaydır. Şimdi tasarımı optimize ediyor ve performansını iyileştiriyoruz. "
Yuan Takımı, spor salonunda egzersiz yaparken omurganın esnek hareketinden ilham aldı. Bir insan omurgası oldukça esnektir ve mekanik olarak sağlamdır. Yuan, bataryayı aynı tasarımda yapmak için omurga modelini kullandı. Prototip, elektrotları birbirine bağlayan ince esnek bir parça etrafında döndürerek elektrotları bükerek enerji depolayabilen geniş ve sağlam bir segmente sahiptir. İnsan omurga tasarımına göre elektrotlar "omurları" ve esnek kısım "iliği" temsil eder.
Yang, "Sert elektrot parçasının hacmi esnek ara bağlantıdan önemli ölçüde daha büyük olduğundan, bu tür esnek bir pilin enerji yoğunluğu, standart ticari ambalajdaki bir pilin yüzde 85'inden fazla olabilir" diye açıklıyor. “Tüm yapıdaki aktif malzemelerin yüksek oranı nedeniyle, omurga benzeri pilimiz çok yüksek enerji yoğunluğu gösteriyor - bildiğimiz diğer tüm raporlardan daha yüksek. Akü, biyo-esinli rasyonel tasarımımız sayesinde zorlu bir dinamik mekanik yük testinden de başarıyla çıktı. "
Yuan'ın ekibi, anot / ayırıcı / katot / ayırıcıyı, "omurgadan" 90 derece uzanan çoklu "dallara" sahip uzun şeritlere ayırdı. Sonra, omurgadaki omurlar gibi, enerji depolamak için kalın yığınlar oluşturmak üzere omurganın etrafındaki her bir dalı sararlar. Bu benzersiz tasarıma sahip olması nedeniyle, pilin enerji yoğunluğu, cihazın tüm uzunluğuna kıyasla yalnızca vertebra benzeri yığınların uzunlamasına yüzdesi ile sınırlıdır ve bu da kolaylıkla yüzde 90'ın üzerine çıkabilir.
Prototipi bisikletle test ederek, kararlı voltaj taslağı buldular ve prototiplerinin mekanik kararlılığını doğruladılar. Ayrıca deşarjdan sonra bile esnetip büktüler ancak tasarım, voltaj anahatlarını etkilemediği için mükemmel. Test, daha yüksek akım yoğunluğuna sahip pilin yerleştirilmesiyle gerçekleştirilir ve kapasite tutma da yüksektir (3C'de yüzde 84, bir saatin 1 / 3'ünde şarj). Prototip ayrıca dinamik mekanik yük testini de geçti.
Yang, "Omurgaya benzer tasarımımız mekanik olarak geleneksel tasarımlardan çok daha sağlam" diyor. "Esnek Li-ion piller üretmeye yönelik biyo-esinlenmiş, ölçeklenebilir yöntemimizin esnek cihazların ticarileştirilmesini büyük ölçüde ilerletebileceğini tahmin ediyoruz."