Гибкие батареи: перспективы для носимой электроники

Сегодня повсеместно используются Li-ion аккумуляторы в жестких корпусах цилиндрической или призматической формы и Li-Pol модели в виде «пакетов» в мягкой оболочке. Но изобретатели не ограничиваются существующими формами и активно работают над созданием эластичных и гибких батарей. Такими источниками питания они планируют оснащать новые разновидности носимой электроники, например, гибкие дисплеи, умные часы, фитнес-трекеры, многоразовые электронные пластыри, наносимые на кожу медицинские датчики и микроэлектронику, способную адаптироваться к изгибам тела.

Гаджеты, оснащенные эластичными или гибкими аккумуляторами, можно изгибать, растягивать и носить на коже. Дополнительными преимуществами таких элементов питания выступают:

• возможность интеграции в одежду, браслеты, носимые имплантаты и новые типы устройств;
• незаметность девайсов с такими АКБ и максимальное удобство их использования;
• изобилие дизайнерских идей – вместо приборов с привычными прямоугольными корпусами можно создавать гаджеты всевозможных форм и размеров;
• устойчивость к изгибанию, растягиванию, скручиванию, ударам;
• отличные возможности для изготовления инновационных устройств с расширенным функционалом, повышенной надежностью и усовершенствованной эргономикой.

Первые достижения в области создания гибких аккумуляторов

Над созданием элементов питания с уникальными способностями работают группы ученых в разных странах, и их усилия дают результаты. Так, специалисты из компании Panasonic еще в 2016 году сумели создать эластичные Li-ion аккумуляторы для носимой электроники и представили их прототипы вначале на выставке новейших технологий CEATEC 2016 в Японии, а затем – на выставке CES 2017 в Лас-Вегасе.

Представленные прототипы имели размеры 40х65 мм, 35х55 мм,28,5х39 мм и толщину 0,45 мм, допускали сгибание до радиуса 25 мм и скручивание до угла 25°. Эти аккумуляторы имели принципиально новую внутреннюю структуру, ламинированный внешний слой, напряжение3,8 В и массу 1–2 г. А главное – они сохраняли около 99% исходной емкости после 1000 последовательных сгибаний и скручиваний.

К тому же, они надежно защищены от протечек и нагрева, что позволяет использовать такие источники питания даже в устройствах, которые контактируют с телом. Такие аккумуляторы – ценное изобретение для производителей носимых гаджетов, «умной» одежды и обуви, карт-ключей, смарт-карт и подобных девайсов.

Другие ноу-хау

Ученые из Йельского университета США создали «пористый» аккумулятор, сочетающий гибкость и воздухонепроницаемость. При этом они использовали традиционные материалы катода и анода, но сделали в гибком аккумуляторе-пакете прямоугольные отверстия. В результате элемент питания приобрел определенную степень кривизны – смог без повреждений изгибаться на 180°, сохраняя большую часть заряда, и даже растягиваться на 10%. По воздухопроницаемости такие аккумуляторы вдвое превосходят хлопчатобумажную ткань, поэтому они эффективно рассеивают тепло и предотвращают скопление пота под фитнес-трекером или другим гаджетом.

В свою очередь, австралийские ученые из университета Монаша в Мельбурне создали гибкую солнечную панель толщиной 0,3 мкм. Она не повреждается при сгибании, складывании и растяжении, имеет удельную мощность 9,9 Вт/г и ориентировочное время работы 20 000 часов. В дальнейшем возможно ее использование в смарт-часах и других видах носимой электроники.

Разработки китайских ученых

Достигли успеха и китайские изобретатели. Они создали эластичный Li-ion аккум, способный растягиваться до 5000% от исходной длины и сохранять исходное значение восстанавливаемой емкости по истечении 67 рабочих циклов. Именно такие аккумуляторные батареи нужны для питания «мягких» роботов и нательных гаджетов.

Еще исследователи из Китая изобрели элемент питания на базе материалов для контактных линз. Они взяли тонкую пленку проводящей пасты, содержащую графит, нанопроводники из серебра и электродные материалы на основе лития, а в качестве внешнего защитного покрытия использовали полидиметилсилоксан – пластичный прозрачный материал, сохраняющий форму.

В результате получился эластичный аккумулятор с большим запасом емкости (на 600% выше, чем у моделей с жидким электролитом), ресурсом порядка 1000 циклов и потрясающей устойчивостью к деформациям. К тому же, прозрачность эластичного полидиметилсилоксана делает такие аккумуляторы отличным выбором для приенения в смарт-часах, одежде и нательных медицинских гаджетах. В перспективе эластичные элементы питания можно будет применять в растягиваемых, рулонных и складных экранах.

Ранее в блоге VirtusTec вышла статья о видах аккумуляторов для скутеров.