С развитием портативной электроники возрастают требования и к аккумуляторам. Супергибкие литиевые батарейки придут на замену традиционным моделям, что позволит снизить вес новейших устройств, повысить их надежность. Изготовленные из современных материалов аккумуляторы прочные, безопасные, компактные. Они будут использоваться в портативной технике, датчиках, «умной» одежде, медицинских имплантируемых приборах.
Принципы устройства гибких батарей
Над разработкой тонких, устойчивых к деформациям аккумуляторов трудятся ученые Южной Кореи, США, Японии, европейских стран. Существуют различные прототипы, которые продолжают совершенствовать перед тем, как запустить в промышленное производство.
Разработка Колумбийского Университета
Для создания экспериментальной батареи инженеры взяли за основу структуру человеческого позвоночника. Накапливающие энергию твердые сегменты соединены между собой гибкими электродами. Разрезанные на узкие полосы аккумуляторные пластины отходят от основного стержня под прямым углом и оборачиваются вокруг него. При испытаниях конструкция показала стабильную работу при сгибании, скручивании. Плотность энергии ограничена лишь количеством витков, а надежность модели механически даже выше, чем у традиционных литиевых батарей.
Разработка LG Chemical
Южнокорейская научная группа разработала литий-ионный аккумулятор в форме тонкого, гибкого кабеля диаметром 3 мм. Он легко скручивается, изгибается и даже завязывается в узел. В перспективе из таких батарей можно будет производить ткань. Каждая деталь представляет собой гибкую пружину.
При изготовлении батареи вокруг стального стержня обертывают многожильный медный провод, покрытый специальным сплавом из олова и никеля. Затем столб удаляют, укладывают поверх полученной спирали алюминиевую ленту. Для получения катода конструкцию помещают в окись лития-кобальта. Кабель покрывают защитным слоем, заполняют электролитом. При испытаниях аккумулятор-шнур обеспечивал энергией MP3-плеер в течение 10 часов.
Прототип Технологического Института Нью-Джерси
Ученые предложили сделать основой батареи пропитанную электрически активными компонентами мягкую подложку из пластика. Разработанная экспериментальная модель напоминает эластичный пакет, внутрь которого помещены электроды из алюминия и графитовой пены.
Компания Panasonic совершенствует линейку сверхтонких литиевых батарей, которые сохраняют функциональность при деформациях. Для защиты аккумулятора инженеры используют многослойный корпус и особую внутреннюю структуру. Созданные модели обеспечивают напряжение для устройств небольшой мощности – «умных» карт, смарт-одежды, но в дальнейшем смогут применяться в смартфонах, планшетах.
Перспективы использования гибких аккумуляторов
Легко гнущаяся батарея – лишь первый шаг к созданию электроники нового поколения.
Внимание!
Инженеры считают, что в ближайшем будущем любые устройства можно будет сгибать и сворачивать. Уже идет работа над гибкими экранами и микропроцессорами, а фирма LG выпустила телевизор, который скручивается в рулон.
Достоинства и недостатки
К преимуществам гибких батарей относятся:
- легкость, тонкость, компактность;
- низкая саморазрядка в режиме ожидания;
- способность к деформации без ущерба для аккумулятора;
- использование в устройствах любых форм;
- повышенная плотность энергии;
- нет эффекта памяти (потери емкости при зарядке не полностью севшей батареи);
- широкий температурный диапазон работы.
Однако гибким литий-ионным моделям присущи и недостатки, характерные для традиционных аккумуляторов. При старении они также подвержены снижению емкости, чувствительны к холоду, перепадам температур. Поэтому требуются дальнейшие исследования и поиск более совершенных альтернатив.
Применение
Гибкие миниатюрные батареи дадут возможность создавать портативные устройства без жестких элементов: плееры, часы, банковские карты, датчики. Аккумуляторы станут основой для производства:
- легких, надежных, устойчивых к механическим повреждениям смартфонов, ультрабуков, планшетов;
- «умной» одежды и обуви, способной подстраиваться под температурный режим, реагировать на изменения в окружающей среде и в организме, отслеживать местонахождение, считать сжигаемые калории и т.п.;
- гаджетов в виде браслетов, ремешков, часов;
- медицинской техники (в том числе имплантируемой);
- электромобилей;
- роботов, бытовых приборов;
- военных маскировочных средств.
Гибкая аккумуляторная батарейка изменит облик привычных устройств, сделает их удобнее, легче, надежнее. С нею станут доступными технологии, которые не так давно можно было увидеть лишь в фантастических фильмах.