Un morceau de sucre sert de modèle pour de nouveaux étirables, comme une éponge, électrodes de batterie à base de graphène. Crédit :Li et al. ©2017 WILEY-VCH
(Phys.org) - Les scientifiques ont utilisé des morceaux de sucre comme modèle pour synthétiser des électrodes de batterie extensibles, qui servent de composant clé dans les nouvelles batteries sodium-ion extensibles mais mécaniquement robustes. Bien qu'il y ait eu récemment beaucoup de recherches sur les batteries extensibles, généralement, ces dispositifs contiennent encore des composants rigides. En utilisant des électrodes modelées sur des morceaux de sucre, la nouvelle batterie est l'une des premières batteries sodium-ion dont les composants sont tous entièrement extensibles.
Les scientifiques, dirigé par Guihua Yu à l'Université du Texas à Austin, ont publié un article sur les nouvelles batteries extensibles dans un récent numéro de Matériaux avancés .
En commençant par les morceaux de sucre, les chercheurs ont pu obtenir la taille, forme, et la porosité nécessaires pour les électrodes de batterie haute performance. Les chercheurs ont d'abord placé des cubes de sucre ordinaires sur un gel polymère dans un plat. Après avoir placé le plat sous vide, chauffé dans un four, et lavé, le sucre s'est dissous et le gel polymère a pris sa place, résultant en des éponges polymères extensibles. Les pores des éponges polymères ont ensuite été remplis d'une solution conductrice à base de graphène pour créer des « électrodes en éponge, " ce que les chercheurs ont réalisé en immergeant les éponges dans la solution et en les pressant plusieurs fois pour l'imprégner.
Comme l'ont expliqué les chercheurs, l'architecture poreuse de l'éponge offre une combinaison d'extensibilité, force mécanique, transport rapide des ions sodium, et grande capacité de stockage. Les tests ont montré que la batterie pleine peut être étirée à 50% au-delà de sa longueur d'origine, et que la déformation est limitée par les propriétés intrinsèques du matériau polymère. Les chercheurs s'attendent à ce que la modification du polymère ou le développement d'un nouvel élastomère nano-architecture puisse encore augmenter l'extensibilité de la batterie.
La batterie complète extensible au sodium-ion est attachée à une attelle de coude athlétique sous différents états de flexion, où il alimente en permanence une lumière LED commerciale. Crédit :Li et al. ©2017 WILEY-VCH
« Cette conception de batterie unique en son genre conserve de meilleures propriétés mécaniques par rapport à la plupart des conceptions signalées utilisant un ou plusieurs composants rigides qui ne répondent pas aux exigences d'étirement de l'ensemble de l'appareil, " Yu a dit à Phys.org. " De plus, les performances électrochimiques démontrées rivalisent avec la plupart des systèmes énergétiques extensibles précédemment rapportés. Cette nouvelle batterie sodium-ion extensible représente une alternative prometteuse pour la prochaine génération de technologies de stockage d'énergie dans un large éventail d'applications. »
Dans sa forme actuelle, la batterie conserve près de 90 % de sa capacité après 100 cycles d'étirement à 50 % de contrainte. Cette performance est suffisante pour permettre aux chercheurs de monter la batterie extensible sur une coudière, et démontrer que la batterie continue d'alimenter une LED lorsque le bras de l'utilisateur est plié à différents angles. La batterie extensible a des applications potentielles dans les capteurs de peau de surveillance de la santé conformables, appareils de communication portables, affichages enroulables, et les dispositifs médicaux implantables.
À l'avenir, les chercheurs prévoient d'apporter d'autres améliorations à la batterie, telles que l'extension de la durée de vie et l'extension de la conception à des batteries de plus grande taille. Ils prévoient que la conception de l'éponge peut également être étendue à d'autres types d'appareils, tels que les dispositifs de récupération d'énergie.
« Les orientations futures seront axées sur l'amélioration continue des propriétés mécaniques et des performances électrochimiques, en plus de réduire les coûts de fabrication, " dit Yu.
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