Recherche et développement sur les batteries extensibles

Batterie extensible La batterie extensible actuellement en cours de recherche et de développement devrait permettre de résoudre les problèmes susmentionnés. L'équipe du professeur Kong Desheng de l'université de Nanjing et du chercheur associé Bai Chong a proposé une électrode basée sur une structure de rides microscopiques et une méthode permettant de réaliser une batterie extensible.

Qu'est-ce qu'une batterie extensible ?

La batterie extensible est l'un des éléments constitutifs de l'électronique portable. Il ne s'agit pas seulement d'un dispositif de stockage d'énergie, mais d'un système à la croisée de la mécanique, de l'électricité et de l'électrochimie.

La batterie au lithium-ion (LIB), l'une des meilleures piles rechargeablesLa technologie de l'hydrogène, qui a pour caractéristiques une densité énergétique élevée, une longue durée de vie et un faible taux d'autodécharge, a été développée pour répondre aux besoins de la population.

Elle se compose d'électrodes positives et négatives, de collecteurs de courant, de séparateurs, d'électrolytes et de matériaux d'étanchéité. Pour fabriquer une batterie extensible, tous ces composants doivent fonctionner de manière fiable en cas de déformation mécanique.

Bien que l'extensibilité puisse être obtenue par préformation ou par mélange avec de grandes quantités d'élastomères qui ne participent pas au stockage de l'énergie, cela entraîne une détérioration de la densité énergétique et des performances en termes de taux.

En outre, la plupart des approches ne rendent extensibles que certains composants spécifiques, plutôt que l'ensemble de la cellule. Par conséquent, la batterie extensible présente une résistance et une grande longueur.

Représentant de la batterie étirable - batterie rechargeable zinc-ion

Les piles rechargeables zinc-ion aqueuses comprennent principalement les éléments suivants :

Premièrement, cette batterie extensible réalise la déformation macroscopique de la batterie elle-même au moyen de l'extension réversible de la structure de pliage microscopique de l'électrode, ce qui permet d'éviter efficacement la grande déformation de la batterie dans l'espace tridimensionnel et de faciliter l'adaptation à la peau ;

Deuxièmement, cette batterie extensible est basée sur un électrolyte gel à base d'eau qui ne brûle pas, ce qui permet d'éviter le court-circuit interne de la batterie généré par la déformation de l'étirement, minimisant ainsi le risque d'incendie causé par l'emballement thermique et améliorant la sécurité du système de la batterie.

Troisièmement, le groupe de recherche a proposé une méthode pour préparer des collecteurs de courant à film métallique mince étirable. Par rapport aux méthodes précédentes, la plage de déformation à la traction du collecteur de courant et la stabilité structurelle pendant le processus de déformation ont été considérablement améliorées.

Quatrièmement, grâce au contrôle optimisé des électrodes plissées, la batterie extensible fabriquée présente une structure très compacte d'une épaisseur de seulement 1 mm.

La batterie extensible devrait alimenter d'autres dispositifs électroniques fonctionnels lorsqu'elle est portée sur la peau, ce qui permettra de se débarrasser des contraintes d'une alimentation électrique externe et de réaliser le système portable de l'ensemble des dispositifs électroniques.

Explication détaillée de la technologie des batteries extensibles

Structure des rides
En adoptant la méthode de "pré-étirage-transfert-laminage", le film conducteur peut être combiné à la matrice élastique étirée. Après avoir relâché la contrainte de traction, la structure ridée peut être obtenue.

Il s'agit d'une méthode très efficace pour fabriquer des collecteurs de courant et des électrodes extensibles. Il convient de noter que la morphologie microscopique des rides est étroitement liée à l'épaisseur, au module d'élasticité et à la déformation par traction du matériau du collecteur de courant lui-même.

Film élastique
Utiliser une couche de film élastique de 1 µm d'épaisseur comme substrat de support pour soutenir le film mince métallique.

D'une part, cela améliore considérablement l'opérabilité du film métallique pendant le transfert et le laminage ; d'autre part, cette couche de film élastique peut améliorer efficacement l'intégrité structurelle du film métallique.

Afin de réduire les dommages causés par la déformation mécanique du film métallique, un collecteur de courant étirable à haute conductivité pouvant être étiré de façon répétée 1000 fois dans une large gamme a finalement été préparé.

Cela signifie qu'il est prévu de préparer une électrode positive/négative extensible en chargeant le matériau de l'électrode positive/négative de la batterie sur la surface de ce collecteur de courant.

Électrodes extensibles
La charge des matériaux d'électrodes n'affecte pas seulement les plis microscopiques et la portabilité des électrodes, mais elle est également liée aux performances de stockage d'énergie des batteries.

Lorsque la charge des matériaux actifs des électrodes est trop élevée, elle entraîne une forte augmentation de la rugosité de la surface des électrodes ridées, ainsi que l'atténuation de la durabilité mécanique, et produit des rides macroscopiques, voire des boucles, qui entravent l'assemblage des batteries.

En se concentrant sur l'équilibre entre la morphologie des rides microscopiques, la durabilité mécanique de l'électrode et les performances de stockage de l'énergie de la batterie, ils ont optimisé la charge du matériau d'anode en zinc métallique et du matériau de cathode en dioxyde de manganèse pour préparer une électrode extensible, qui présente les avantages d'une faible rugosité et d'une excellente durabilité mécanique.

En utilisant la structure "sandwich" classique, une batterie extensible peut être obtenue en assemblant une électrode positive extensible, un électrolyte gélifié et une électrode négative extensible.

L'avenir des batteries extensibles

Dans cette étude, le groupe de recherche a utilisé un film élastique pour soutenir le collecteur de courant à couche mince métallique, ce qui a amélioré la stabilité microstructurale du collecteur de courant tout en améliorant la capacité de déformation à la traction du collecteur de courant.

En tant que système de film composite multicouche composé d'un film métallique, d'un film élastique et d'une matrice élastique, le rôle joué par le film élastique mérite également d'être étudié plus en détail.

Toutefois, le module d'élasticité, l'épaisseur et l'énergie de liaison interfaciale du film élastique et d'autres paramètres affectent le degré de fluctuation de la structure microscopique des rides et la stabilité structurelle, ce qui nécessite une analyse plus approfondie.

En outre, ils ont également préparé des collecteurs de courant extensibles en or et en argent. La manière d'utiliser cette stratégie pour préparer des collecteurs de courant étirables qui soient bon marché et présentent une bonne stabilité électrochimique est une autre question à laquelle il convient de réfléchir.

Résumé

En conclusion, les batteries extensibles ont un grand potentiel pour révolutionner le domaine de la technologie portable. Toutefois, le développement des batteries extensibles n'en est qu'à ses débuts et de nombreux défis doivent être relevés, comme l'amélioration de la densité énergétique et de la durabilité des batteries.

Dans l'ensemble, la batterie extensible est prometteuse. solution de batterie aux limites des batteries conventionnelles dans les technologies portables. Avec la poursuite de la recherche et du développement, la batterie extensible a le potentiel de révolutionner le domaine et d'apporter de nouvelles possibilités aux dispositifs portables.