اخبار صنعت

باتری جدید 10 برابر قدرتمندتر از هنر روز ، انعطاف پذیر و قابل شارژ است

2021-06-16
موضوعات:
فناوری باتری ، فناوری نانو ، UCSD ، باتری قابل شارژ
توسط دانشگاه کالیفرنیا - سان دیگو 7 دسامبر 2020



باتری ها با موفقیت از سیستم صفحه نمایش انعطاف پذیر مجهز به میکروکنترلر و ماژول های بلوتوث استفاده می کردند. در اینجا نیز عملکرد باتری بهتر از سلول های سکه Li موجود در بازار است. اعتبار: دانشگاه کالیفرنیا سن دیه گو

گروهی از محققان یک باتری قابل انعطاف و قابل شارژ اکسید نقره-روی با چگالی انرژی منطقه ای 5 تا 10 برابر بیشتر از تکنولوژی روز تولید کرده اند. تولید باتری نیز آسان تر است. در حالی که اکثر باتری های انعطاف پذیر باید در شرایط استریل تولید شوند ، در خلاء ، این باتری را می توان در شرایط عادی آزمایشگاه چاپ کرد. این دستگاه می تواند در وسایل الکترونیکی قابل انعطاف و قابل کشش برای پوشیدنی ها و همچنین روباتیک نرم استفاده شود.

این تیم متشکل از محققان دانشگاه کالیفرنیا سان دیه گو و شرکت ZPower مستقر در کالیفرنیا ، یافته های خود را در شماره 7 دسامبر 2020 مجله Joule شرح داده است.

لو یین ، یکی از نویسندگان اصلی این مقاله و دکترای دکترا ، گفت: "باتری های ما را می توان بر اساس قطعات الکترونیکی طراحی کرد ، به جای اینکه وسایل الکترونیکی مورد نیاز برای طراحی باتری ها باشد." دانشجوی گروه تحقیقاتی پروفسور مهندسی نانو UC سن دیه گو ، جوزف وانگ.

ظرفیت اصلی این باتری نوآورانه 50 میلی آمپر در سانتی متر مربع در دمای اتاق است-این 10 تا 20 برابر بیشتر از ظرفیت منطقه ای یک باتری یون لیتیوم معمولی است. بنابراین برای همان سطح ، باتری توصیف شده در ژول می تواند 5 تا 10 برابر بیشتر انرژی ارائه دهد.

ins € hisاین نوع ظرفیت منطقه ای قبلاً به دست نیامده بود ، Y € Yinsaid. method € methodو روش تولید ما مقرون به صرفه و مقیاس پذیر است. â €



ظرفیت اصلی این باتری نوآورانه 50 میلی آمپر در سانتی متر مربع در دمای اتاق است-این 10 تا 20 برابر بیشتر از ظرفیت منطقه ای یک باتری یون لیتیوم معمولی است. بنابراین برای همان سطح ، باتری توصیف شده در ژول می تواند 5 تا 10 برابر بیشتر انرژی ارائه دهد. اعتبار: دانشگاه کالیفرنیا سن دیه گو

باتری جدید ظرفیت بالاتری نسبت به باتری های انعطاف پذیر فعلی موجود در بازار دارد. این به این دلیل است که باتری امپدانس بسیار کمتری دارد - مقاومت یک مدار الکتریکی یا دستگاه در برابر جریان جایگزین. هرچه امپدانس کمتر باشد ، عملکرد باتری در برابر تخلیه جریان زیاد بهتر است.

جاناتان گفت: با رشد سریع بازار اینترنت 5G و اینترنت اشیا (IoT) ، این باتری که از محصولات تجاری در دستگاه های بی سیم فعلی بهتر عمل می کند ، به عنوان منبع تغذیه نسل بعدی لوازم الکترونیکی مصرف کننده ، مدعی اصلی خواهد بود. شارف اولین نویسنده مقاله و دکترا نامزد در گروه تحقیقاتی استاد مهندسی نانو UC سن دیه گو ، یینگ شرلی منگ.

باتری ها با موفقیت از سیستم صفحه نمایش انعطاف پذیر مجهز به میکروکنترلر و ماژول های بلوتوث استفاده می کردند. در اینجا نیز عملکرد باتری بهتر از سلول های سکه Li موجود در بازار است.

سلول های باتری چاپ شده برای بیش از 80 سیکل مجدداً شارژ شدند ، بدون اینکه نشانه های اصلی از دست دادن ظرفیت را نشان دهند. با وجود خم شدن و پیچ خوردن مکرر ، سلولها نیز عملکرد خود را حفظ کردند.

"ین € تمرکز اصلی ما بهبود عملکرد باتری و فرآیند تولید بود ،" ینگ € شرلی منگ ، مدیر موسسه UC San Diego برای کشف و طراحی مواد و یکی از نویسندگان مربوطه این مقاله گفت.

برای ایجاد باتری ، محققان از طرح کاتد اختصاصی و شیمی ZPower استفاده کردند. وانگ و تیمش تخصص خود را در زمینه حسگرهای قابل چاپ و کشش و باتری های قابل کشش کمک کردند. منگ و همکارانش تخصص خود را در زمینه توصیف پیشرفته سیستم های ذخیره انرژی الکتروشیمیایی ارائه کردند و هر تکرار نمونه اولیه باتری را تا رسیدن به حداکثر عملکرد مشخص کردند.

دستور العمل برای عملکرد بهتر

چگالی انرژی استثنایی باتری به دلیل شیمیایی اکسید نقره-روی ، (AgO-Zn) است. بیشتر باتری های انعطاف پذیر تجاری از شیمی Ag2O-Zn استفاده می کنند. در نتیجه ، آنها معمولاً عمر چرخه ای محدود و ظرفیت کمی دارند. این امر استفاده از آنها را به قطعات الکترونیکی کم مصرف و یکبار مصرف محدود می کند.

AgO به طور سنتی ناپایدار در نظر گرفته می شود. اما مواد کاتدی AgO ZPower برای بهبود پایداری و رسانایی الکتروشیمیایی AgO به پوشش اختصاصی اکسید سرب متکی است.

به عنوان یک مزیت دیگر ، شیمی AgO-Zn مسئول امپدانس کم باتری است. جمع کننده های جریان چاپی باتری نیز دارای رسانایی عالی هستند که به امپدانس کمتری نیز کمک می کند.

بهبود تولید

اما AgO قبلاً در باتری چاپ شده روی صفحه استفاده نشده بود ، زیرا بسیار اکسید کننده بوده و از نظر شیمیایی به سرعت تجزیه می شود. با آزمایش حلالها و اتصال دهنده های مختلف ، محققان در آزمایشگاه وانگ در UC San Diego موفق به یافتن فرمولاسیون جوهر شدند که AgO را برای چاپ مناسب می کند. در نتیجه ، پس از آماده شدن جوهرها ، باتری را می توان در چند ثانیه چاپ کرد. خشک است و ظرف چند دقیقه آماده استفاده است. باتری همچنین می تواند به صورت رول به رول چاپ شود ، که باعث افزایش سرعت و مقیاس پذیری تولید می شود.

باتری ها روی یک فیلم پلیمری چاپ می شوند که از نظر شیمیایی پایدار ، الاستیک است و دارای نقطه ذوب بالا (حدود 200 درجه سانتیگراد یا 400 درجه فارنهایت) است که می تواند با حرارت آب بندی شود. جمع کننده های فعلی ، آند روی ، کاتد AgO و جداکننده های مربوطه هر کدام یک لایه چاپ شده روی صفحه را روی هم قرار می دهند.

این تیم در حال کار بر روی نسل بعدی باتری است ، هدف آنها این است که دستگاه های ارزان تر و سریعتری را با امپدانس کمتری که در دستگاههای 5G و روباتیک نرم مورد استفاده قرار می گیرند و دارای قدرت بالا و فاکتورهای قابل تنظیم و انعطاف پذیر هستند ، استفاده کنند.

مرجع: Bat € igh چاپ باتری قابل شارژ AgO-Zn برای الکترونیک انعطاف پذیر € توسط Lu Yin ، Jonathan Scharf ، Jessica Ma ، Jean-Marie Doux ، Christopher Redquest ، Viet L. Le ، Yijie Yin ، Jeff Ortega ، Xia Wei ، جوزف وانگ و یینگ شرلی منگ ، 7 دسامبر 2020 ، ژول.
DOI: 10.1016/j.joule.2020.11.008