Naukowcy z Jilin University zaprezentowali innowacyjny akumulator litowo-jonowy, który może rozciągać się do 250 proc. swojej pierwotnej długości bez utraty zdolności operacyjnych. Co więcej, nawet po przecięciu, ogniwo jest w stanie samoistnie się naprawić i wznowić działanie, gdy jej komponenty zostaną połączone. To przełomowe osiągnięcie, opisane w czasopiśmie Supramolecular Materials, otwiera nowe możliwości w rozwoju elastycznych urządzeń elektronicznych i technologii przyszłości.
Chiński akumulator, który przełamuje ograniczenia
Akumulatory litowo-jonowe oferują największą gęstość energii spośród wszystkich dostępnych na rynku ogniw. Dzięki temu umożliwiają pojazdom elektrycznym większy zasięg, a urządzeniom elektronicznym, takim jak laptopy czy smartfony, dłuższy czas pracy, zajmując jednocześnie mniej miejsca w porównaniu z tradycyjnymi bateriami, np. kwasowo-ołowiowymi.
Czytaj też: Niepalne akumulatory nadchodzą. Nowa era magazynowania energii
W obliczu dynamicznego rozwoju urządzeń takich jak roboty miękkie, urządzenia noszone czy elektroniczna skóra, zapotrzebowanie na elastyczne źródła energii gwałtownie rośnie. Jednakże wyzwaniem pozostaje zapewnienie bezpieczeństwa takich baterii, ponieważ elastyczność niesie ryzyko uszkodzeń wewnętrznych komponentów i zwarcia. Tutaj kluczowe staje się zjawisko samonaprawy.
Zespół badaczy pod kierownictwem prof. Xiaokonga Liu opracował akumulator oparty na długich polimerach łączonych wiązaniami iminowymi, które zawierają atomy węgla i azotu. Te polimery pełnią podwójną funkcję – łączą elektrody dodatnią i ujemną oraz działają jako elektrolit. Dzięki temu powstało ogniwo w konfiguracji “all-in-one”, w której elektrolit i elektrody są zintegrowane na poziomie interfejsu.
W praktyce oznacza to, że bateria jest w stanie działać nawet w ekstremalnych warunkach: podczas rozciągania, a także po przecięciu i ponownym złożeniu. W testach wykazano, że akumulator po naprawie ma średnią pojemność rozładowania wynoszącą 126,4 mAh na gram i z powodzeniem zasila diodę LED.
Na świecie trwają liczne badania nad rozciągliwymi i samonaprawiającymi się ogniwami, jednak dotychczasowe konstrukcje były bardziej elastyczne niż rozciągliwe, a rozciągliwe modele nie posiadały zdolności samonaprawy. Dzięki wykorzystaniu dynamicznych polimerów kowalencyjnych zespół prof. Liu osiągnął rzadki podwójny sukces. Elektrolit polimerowy zastosowany w baterii charakteryzuje się przewodnością jonową na poziomie 3,6 x 10-4 S/cm w temperaturze pokojowej oraz zdolnością wydłużenia o 250 proc.
Co więcej, badacze odkryli, że właściwości przewodności jonowej pozostają niemal niezmienne, nawet gdy bateria poddawana jest znacznemu obciążeniu mechanicznemu. Dzięki temu nowe rozwiązanie nie tylko spełnia wymagania elastyczności, ale również zapewnia niezawodność i trwałość.
Chociaż to dopiero początek, technologia ta może znaleźć zastosowanie w przyszłości, w takich dziedzinach jak medycyna, sport czy robotyka. Samonaprawiające się baterie mogą także zrewolucjonizować projektowanie elastycznych gadżetów, zwiększając ich trwałość i bezpieczeństwo.