Bateria, którą możesz przejrzeć

Naukowcy z Uniwersytetu Stanforda stworzyli całkowicie przezroczyste baterie, ostatni brakujący element potrzebny do produkcji przezroczystych wyświetlaczy i innych urządzeń elektronicznych.

Czysta moc: Przezroczyste baterie litowo-jonowe, takie jak ta, mogą w końcu zasilać czystą przenośną elektronikę.

profesor materiałoznawstwa w Stanford Yi Cui , który kierował pracami, mówi, że ogromna ilość badań dotyczy tego, aby baterie dłużej magazynowały więcej energii, ale niewiele uwagi poświęcono temu, aby były piękniejsze i bardziej wytworne.

Naukowcy stworzyli wcześniej przejrzyste wariacje innych głównych klas elektroniki, w tym tranzystorów i komponentów używanych do sterowania wyświetlaczami, ale jeszcze nie baterii. A jeśli nie możesz sprawić, by bateria była przezroczysta, nie możesz sprawić, by gadżet był przezroczysty, mówi Cui.

Niektóre elementy baterii są łatwiejsze do wykonania przy użyciu przezroczystych materiałów niż inne. Elektrody to trudna część, mówi Cui. Jednym ze sposobów wytworzenia przezroczystej elektrody jest jej bardzo cienkie, rzędu około 100 nanometrów grubości. Ale cienka elektroda zazwyczaj nie może przechowywać wystarczającej ilości energii, aby była użyteczna.

Innym podejściem jest wykonanie elektrody w formie wzoru, którego cechy są mniejsze niż widoczne gołym okiem. Dopóki w akumulatorze jest wystarczająca ilość materiału na elektrody, ten typ elektrody może nadal przechowywać znaczną ilość energii. Cui zaprojektował elektrodę siatkową, w której wszystkie linie siatki są rzędu 50 mikrometrów, skutecznie niewidoczne, a kwadraty wewnątrz siatki nie zawierają materiałów akumulatorowych.

Produkcja jest również trudna, ponieważ zwykłe metody wytwarzania komponentów w tej rozdzielczości wymagają surowych procesów chemicznych, które niszczą materiały baterii. Zamiast tego grupa ze Stanford zastosowała stosunkowo prostą metodę wytwarzania przezroczystych elektrod siatkowych, które są utrzymywane razem w przezroczystym, miękkim polimerze zwanym PDMS.

Zaczynają od litografii, aby wykonać formę na waflu krzemowym. Następnie wylewają płynny PDMS na formę, utwardzają polimer w celu jego zestalenia i odklejają go z formy. Arkusz PDMS jest następnie grawerowany siatką wąskich kanałów. Następnie kapią roztwór materiałów elektrodowych na powierzchnię PDMS. Działanie kapilarne wciąga materiały, aż wypełnią wszystkie kanały, tworząc siatkę. Do wykonania elektrod naukowcy wykorzystali standardowe materiały do ​​akumulatorów litowo-jonowych.

Aby stworzyć kompletną baterię, umieszczają czysty żelowy elektrolit między dwiema elektrodami i umieszczają go w ochronnym plastikowym opakowaniu. Naukowcy ze Stanford stworzyli prototypy i wykorzystali je do zasilania diody LED, której światło można zobaczyć przez samą baterię.

Cui mówi, że te baterie powinny teoretycznie być w stanie przechowywać około połowę mniej energii niż nieprzezroczysty akumulator o równoważnej wielkości, ponieważ istnieje kompromis między gęstością energii a przezroczystością. Mogą ułożyć grubszą siatkę materiałów elektrodowych, aby zmagazynować więcej energii, ale to oznacza, że ​​dostanie się mniej światła.

Jak dotąd prototypy jego laboratorium mogą przechowywać 20 watogodzin na litr, czyli mniej więcej tyle samo energii, co bateria niklowo-kadmowa, ale Cui spodziewa się, że poprawi to o rząd wielkości, częściowo poprzez zmniejszenie grubości polimerowego podłoża, i dzięki głębszemu wykopaniu rowów, które utrzymują materiały elektrody.

Innym sposobem przechowywania większej ilości energii bez poświęcania przejrzystości byłoby ułożenie wielu komórek jedna na drugiej w taki sposób, aby siatka elektrod była ustawiona w jednej linii, umożliwiając przechodzenie światła. Do tej pory grupa produkowała elektrody o średnicy około cala, ale Cui twierdzi, że można je znacznie powiększyć, a materiał można po prostu przyciąć do pożądanego rozmiaru.

ukryć