Μπαταρία πάχους μισού χιλιοστού θα μπορούσε να ενσωματωθεί ακόμη και σε μια έξυπνη κάρτα

Καθώς οι μπαταρίες που αναπτύσσονται στα σύγχρονα ερευνητικά εργαστήρια, φαίνονται όλο και λιγότερο σαν μεγάλα κομμάτια μετάλλου και περισσότερο σαν τμήματα πλαστικής μεμβράνης, οι νέες εφαρμογές τους έρχονται πιο κοντά στην πραγματικότητα. Μια από τις τελευταίες εύκαμπτες μπαταρίες είναι λεπτότερη από μια πιστωτική κάρτα και θα μπορούσε να ενσωματωθεί σε διάφορες εφαρμογές, όπως επιθέματα εξομάλυνσης ρυτίδων, έξυπνες κάρτες και λουράκια ρολογιών.

Η νέα, με 0,5 χιλιοστά πάχος, μπαταρία, πετυχαίνει την εξαιρετική λεπτότητά της με τη νέα της σχεδίαση. Ενώ τα ηλεκτρόδια στις περισσότερες εύκαμπτες μπαταρίες ιόντων λιθίου που υπάρχουν, ενσωματώνονται στο επάνω μέρος, στη νέα μπαταρία τα ηλεκτρόδια είναι τοποθετημένα δίπλα το ένα στο άλλο στο ίδιο επίπεδο, με αποτέλεσμα μια μορφή που είναι τόσο λεπτή που ουσιαστικά φαίνεται δυο διαστάσεων.

Οι ερευνητές από το KAIST (Korea Advanced Institute of Science and Technology) στη νότια Κορέα, λένε ότι, από όσο γνωρίζουν, αυτή είναι η πρώτη μπαταρία που σχεδιάστηκε για το κύριο μέρος των ευέλικτων εφαρμογών που χρησιμοποιούν την λεγόμενη «συνεπίπεδη διαψηφιοποιημένη δομή». Οι μόνες άλλες μπαταρίες που χρησιμοποιούν αυτή τη δομή, μέχρι στιγμής, είναι μικρομπαταρίες που σχεδιάστηκαν για περιορισμένες εφαρμογές. Η τοποθέτηση των ηλεκτροδίων δίπλα-δίπλα, όχι μόνο κάνει την μπαταρία εξαιρετικά λεπτή, προσφέρει επίσης και άλλα πλεονεκτήματα απόδοσης.

Συνολικά, η νέα μπαταρία επιδείχνει μια υψηλή διαφορά δυναμικού (7,4 V) που παραμένει πάνω από 5000 συστροφές. «Η μεγαλύτερη σημασία αυτής της εργασίας είναι η μείωση του πάχους της μπαταρίας, ενώ επιδεικνύεται ισχυρή ικανότητα κάμψης και απόδοση κυψελών», είπε ο Jang Wook Choi, επικεφαλής της ομάδας εργασίας στο Phys.org.

Η καλή απόδοση γίνεται δυνατή με την τοποθέτηση των, πλάτους 2 χιλιοστών, ηλεκτροδίων πολύ κοντά μεταξύ τους, περίπου 400 μικρόμετρα μακριά το ένα από το άλλο, στην τρέχουσα διαμόρφωση. Ωστόσο, με τα ηλεκτρόδια τόσο κοντά υπάρχει υψηλό ρίσκο ότι η μπαταρία θα βραχυκυκλωθεί. Για να διευθετηθεί αυτό το πρόβλημα οι ερευνητές ενσωμάτωσαν μεταξύ των ηλεκτροδίων εμπόδια, σε μια συστρεμμένη δομή ηλεκτροδίου. Τα εμπόδια μπλοκάρουν την απευθείας επαφή μεταξύ των γειτονικών ηλεκτροδίων, ενώ η συστρεμμένη δομή του ηλεκτροδίου εξασφαλίζει ότι τα άκρα των παρακείμενων ηλεκτροδίων δεν έρχονται σε επαφή μεταξύ τους κατά τη διάρκεια της συστροφής.

Οι ερευνητές προβλέπουν ότι η απόδοση της μπαταρίας μπορεί να βελτιωθεί περαιτέρω μειώνοντας την μεταξύ των ηλεκτροδίων απόσταση. Στη μελέτη, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν καλούπια για να κατασκευάσουν τα ηλεκτρόδια, αλλά αναμένουν ότι οι τεχνικές εκτυπώσεις θα μπορούσαν να παράγουν ακριβέστερα, πιο λεπτομερή σχέδια και σε υψηλότερες ταχύτητες. «Τα μελλοντικά σχέδια περιλαμβάνουν την ανάπτυξη μιας διαδικασίας για κλιμακούμενη παραγωγή, όπως οι τεχνικές εκτύπωσης», δήλωσε ο Choi.

Μια από τις πρώτες εφαρμογές-στόχους της μπαταρίας είναι τα ιατρικά και καλλυντικά επιθέματα. Αυτά τα τεχνήματα λειτουργούν με ιοντοφόρεση, κατά την οποία ιόντα οδηγούμενα από ηλεκτρικό πεδίο μεταφέρουν φάρμακο μέσω του δέρματος. Μια άλλη εφαρμογή, οι έξυπνες κάρτες, μπορούν να αποθηκεύσουν πληροφορίες για μια ποικιλία σκοπών, όπως οικονομικές, προσωπικές και ιατρικές πληροφορίες. Οι μπαταρίες μπορεί επίσης να ενσωματωθούν σε λουράκια ρολογιών, όπου μπορούν να λειτουργήσουν ως συμπληρωματική πηγή ισχύος για να επαναφορτίσει προσωπικές ηλεκτρονικές συσκευές, όπως τα κινητά τηλέφωνα.

Επιπρόσθετα στην πρακτική του χρήση, οι ερευνητές επίσης έδειξαν ότι η μπαταρία μπορεί να επαναφορτιστεί ασύρματα, όπως επίσης να επαναφορτίζεται από ολοκληρωμένο ηλιακό κύτταρο. Για να δείξουν την ασύρματη φόρτιση, οι ερευνητές συνέδεσαν την μπαταρία σε ένα πηνίο λήψης που ελάμβανε ηλεκτρομαγνητική ενέργεια από ένα πηνίο εκπομπής τοποθετημένο σε απόσταση 1 εκατοστού μακριά. Οι ερευνητές σχεδιάζουν την περαιτέρω επεξεργασία αυτής της δυνατότητας σε μελλοντική εργασία. Για να δείξουν την ηλιακή φόρτιση, συνέδεσαν την μπαταρία σε ένα εμπορικά διαθέσιμο ευέλικτο ηλιακό κύτταρο, το οποίο μπορούσε να φορτίσει την μπαταρία μετά από έκθεση αρκετών ωρών στο ηλιακό φως.

Πηγή: Physorg

Περισσότερα στο άρθρο: A Half Millimeter Thick Coplanar Flexible Battery with Wireless Recharging Capability, Nano Lett. March 2, 2015