Med hjälp av flytande elektroder har forskare vid Linköpings universitet utvecklat ett batteri som kan anta vilken form som helst. Detta mjuka och anpassningsbara batteri kan integreras i framtida teknologier på helt nya sätt. Deras studie publicerades i tidskriften Science Advances.
”Konsistensen är något lik den hos tandkräm. Materialet kan till exempel användas i en 3D-skrivare för att forma batteriet efter önskemål. Detta öppnar upp nya möjligheter för en teknik”, säger Aiman Rahmanudin, biträdande professor vid Linköpings universitet.
Det uppskattas att mer än en biljon enheter kommer att vara anslutna till internet om tio år. Förutom traditionell teknik som mobiltelefoner, smartklockor och datorer kan detta inkludera bärbara medicinska apparater som insulinpumpar, pacemakers, hörapparater och olika hälsoövervakningssensorer, samt på lång sikt mjuk robotteknik, e-textilier och nätverksanslutna neurala implantat.
För att säkerställa att alla dessa prylar inte hindrar användaren behöver nya batterityper utvecklas.
krediter
Thor Balkhed
”Batterier är de största komponenterna i alla elektroniska apparater. Idag är de massiva och ganska skrymmande. Men med ett mjukt och anpassningsbart batteri finns det inga designbegränsningar. Det kan integreras i elektroniken på ett helt annat sätt och anpassas till användaren”, säger Aiman Rahmanudin.
Tillsammans med sina kollegor vid Laboratoriet för organisk elektronik (LOE) har han utvecklat ett batteri som är mjukt och formbart. Nyckeln till detta var en ny metod: att omvandla elektroderna från fast till flytande form.
Tidigare försök att producera mjuka och flexibla batterier har förlitat sig på olika mekaniska egenskaper, såsom töjbara, gummiliknande kompositer eller glidande anslutningar. Detta löser dock inte kärnproblemet: Medan ett större batteri har högre kapacitet, innebär mer aktiva material tjockare elektroder och därmed större styvhet.
”Här har vi löst det här problemet och är de första som visar att kapacitet är oberoende av stelhet”, säger Aiman Rahmanudin.
Flytande elektroder har testats tidigare, men utan större framgång. Flytande metaller som gallium användes vid den tiden. Detta material kan dock bara fungera som en anod och medför risken att stelna och förlora sitt flytande tillstånd under laddning och urladdning. Dessutom har många av de expanderbara batterier som hittills producerats använt sällsynta material, vars utvinning och bearbetning har betydande miljöpåverkan.
Forskare vid LiU Campus Norrköping byggde sitt mjuka batteri på ledande plaster (konjugerade polymerer) och lignin, en biprodukt från papperstillverkning. Batteriet kan laddas och urladdas över 500 gånger samtidigt som det bibehåller sin prestanda. Det kan också sträckas ut till dubbelt så lång tid och fortsätta fungera lika bra.
”Eftersom batterimaterialen består av konjugerade polymerer och lignin finns det gott om råvaror. Genom att bearbeta en biprodukt som lignin till ett högvärdigt råmaterial som batterimaterial bidrar vi till en cirkulär ekonomimodell. Det är därför ett hållbart alternativ”, säger Mohsen Mohammadi, postdoktoral forskare vid LOE och en av huvudförfattarna till artikeln som publicerats i Science Advances .
Nästa steg är att öka den elektriska spänningen i batteriet. Enligt Aiman Rahmanudin finns det för närvarande vissa begränsningar som behöver övervinnas.
”Batteriet är inte perfekt. Vi har visat att konceptet fungerar, men prestandan behöver förbättras. Spänningen är för närvarande 0,9 volt. Så vi undersöker nu om vi kan använda andra kemiska föreningar för att öka spänningen. En möjlighet vi tittar på är att använda zink eller mangan, två metaller som finns rikligt förekommande i jordskorpan”, säger Aiman Rahmanudin.
