Ионно-литиевые батареи можно нанести почти на любую поверхность с помощью распыления

Сотрудники университета Райса (США) разработали ионно-литиевую батарею, которую можно нанести практически на любую поверхность с помощью окраски распылением. 

Как было заявлено, в лаборатории университета Райса ученый-материаловед Пуликель Аджаян разработал аккумуляторную батарею, которая состоит из наносимых с помощью пульверизатора слоев краски, представляющих собой компоненты традиционной батареи. Результаты исследования опубликованы в онлайн-журнале «ScientificReports».

Ведущий ученый исследования Нилам Сингх – выпускница университета Райса – и ее коллеги проводили эксперименты с химическими соединениями, смешивая и испытывая краски для каждого из пяти слоев: двух токоприемников, катода, анода и полимерного сепаратора посередине.

С помощью распылителя вещества наносились на керамическую плитку, эластичные полимеры, стекло, нержавеющую сталь и глиняную посуду, чтобы определить, насколько крепко они сцепятся с каждым видом подложки.

В первом эксперименте 9 батарей, основой для которых послужила керамическая плитка, были соединены параллельно. На одной из них был помещен солнечный элемент, который преобразовывал энергию, поступавшую от белого лабораторного света. Будучи полностью заряженными с помощью солнечного элемента и сетевого электричества, батареи на 6 часов стали источником энергии для группы светоизлучающих диодов, образующих слово «RICE».

По сообщению исследователей, окрашенные вручную батареи сохраняли свою мощность, с отклонениями лишь в ±10%. Они также прошли 60 циклов зарядки-разрядки,  но даже после этого производительность аккумуляторов снизилась несущественно.

Первый слой – приемник положительного тока – представляет собой смесь очищенных от примесей однорядных углеродных нанотрубок и частиц высокочистого углерода, растворенных в N-метилпирролидоне. Второй пласт – катод – содержит кобальтит лития, углерод и ультратонкодисперсную графитовую пудру в связующем растворе. Третий – это полимерный сепаратор, состоящий из смолы марки «KynarFlex», полиметилметакрилата и диоксида кремния, растворенного в специальной смеси. Четвертый слой – анод – является смесью титанита лития и ультратонкодисперсного графита. Для последнего пласта, или приемника отрицательного тока,  использовалась широкодоступная токопроводящая медная краска, разбавленная этанолом.

«Основная трудность заключалась в достижении механической устойчивости, поэтому сепаратор играл ключевую роль, - рассказывает Сингх. – Мы обнаружили, что нанотрубки и катод соединяются очень хорошо, но если сепаратор не был бы механически устойчивым, верхние слои просто отделялись бы от подложки. Добавление полиметилметакрилата создало необходимое сцепление с сепаратором». После нанесения слоев, к плитке был добавлен электролит, потом она была термоизолирована и заряжена.

По словам Сингх, батареи с легкостью зарядились от небольшого солнечного элемента. Она предсказывает возможность использования распыляемых аккумуляторов совместно с наносимыми солнечными элементами, о которых начали появляться сообщения, для создания энергогенерирующих систем.

Как бы ни были хороши наносимые вручную аккумуляторные батареи, современные технологии позволят существенно их усовершенствовать. «Методика окраски распылением уже используется в промышленных масштабах, поэтому будет очень легко использовать ее в целях создания распыляемых аккумуляторных батарей», - отмечает Сингх.

Исследователи из университета Райса подали заявку на получение патента на разработку, которую они планируют усовершенствовать в будущем. По словам Нилам Сингх, ученые активно ищут электролиты, которые облегчат процесс распыления аккумуляторов на открытом воздухе и предсказывают, что их устройство будет иметь множество конфигураций. 

TheEngineer, перевод с английского – Наталья Пристром

http://www.theengineer.co.uk/sectors/electronics/news/lithium-ion-battery-can-be-painted-onto-most-surfaces/1013043.article