211service.com
Een batterij waar u doorheen kunt kijken
Onderzoekers van Stanford University hebben volledig transparante batterijen gemaakt, het laatste ontbrekende onderdeel dat nodig is om transparante displays en andere elektronische apparaten te maken.
Duidelijke kracht: Transparante lithium-ionbatterijen zoals deze kunnen uiteindelijk heldere draagbare elektronica van stroom voorzien.
Professor materiaalkunde aan Stanford Yi Cui , die het werk leidde, zegt dat er enorm veel onderzoek wordt gedaan om ervoor te zorgen dat batterijen langer meer energie kunnen opslaan, maar dat er weinig aandacht is besteed aan het mooier en exclusiever maken van batterijen.
Onderzoekers hebben eerder transparante variaties gemaakt op andere belangrijke klassen van elektronica, waaronder transistors en de componenten die worden gebruikt om displays te besturen, maar nog geen batterijen. En als je de batterij niet transparant kunt maken, kun je de gadget ook niet transparant maken, zegt Cui.
Sommige batterijcomponenten zijn gemakkelijker te maken met transparante materialen dan andere. De elektroden zijn het lastige, zegt Cui. Een manier om een transparante elektrode te maken is om hem heel dun te maken, in de orde van ongeveer 100 nanometer dik. Maar een dunne elektrode kan meestal niet genoeg energie opslaan om nuttig te zijn.
Een andere benadering is om de elektrode in de vorm van een patroon te maken met kenmerken die kleiner zijn dan het blote oog kan zien. Zolang er voldoende totaal elektrodemateriaal in de batterij zit, kan dit type elektrode nog een aanzienlijke hoeveelheid energie opslaan. Cui ontwierp een gaaselektrode waarbij alle lijnen van het gaas in de orde van 50 micrometer zijn, effectief onzichtbaar, en de vierkanten in het gaas bevatten geen batterijmateriaal.
Fabricage is ook lastig, omdat de gebruikelijke methoden voor het maken van componenten met deze resolutie agressieve chemische processen vereisen die batterijmaterialen beschadigen. De Stanford-groep gebruikte in plaats daarvan een relatief eenvoudige methode om de transparante mesh-elektroden te maken, die bij elkaar worden gehouden in een helder, zacht polymeer genaamd PDMS.
Ze beginnen met lithografie om een mal te maken op een siliciumwafel. Vervolgens gieten ze vloeibare PDMS over de mal, harden het polymeer uit om het te laten stollen en pel het van de mal. Het PDMS-vel wordt vervolgens gegraveerd met een raster van smalle kanalen. Vervolgens druppelen ze een oplossing van elektrodematerialen op het oppervlak van het PDMS. Capillaire werking trekt de materialen naar binnen totdat ze alle kanalen hebben gevuld om het gaas te creëren. De onderzoekers gebruikten standaard lithium-ionbatterijmaterialen om hun elektroden te maken.
Om de volledige batterij te maken, plaatsen ze een heldere gel-elektrolyt tussen de twee elektroden en stoppen het allemaal in een beschermende plastic verpakking. De Stanford-onderzoekers creëerden prototypes en gebruikten ze om een LED van stroom te voorzien waarvan het licht door de batterij zelf kan worden gezien.
Cui zegt dat deze batterijen in theorie ongeveer de helft zoveel energie zouden moeten kunnen opslaan als een ondoorzichtige batterij van hetzelfde formaat, omdat er een wisselwerking is tussen energiedichtheid en transparantie. Ze kunnen een dikker gaas van elektrodematerialen neerleggen om meer energie op te slaan, maar dat betekent dat er minder licht doorkomt.
Tot nu toe kunnen de prototypes van zijn laboratorium 20 wattuur per liter opslaan, ongeveer evenveel energie als een nikkel-cadmiumbatterij, maar Cui verwacht dit met een orde van grootte te verbeteren, onder meer door de dikte van het polymeersubstraat te verminderen, en door de sleuven die de elektrodematerialen vasthouden dieper te maken.
Een andere manier om meer energie op te slaan zonder aan transparantie in te boeten, is door meerdere cellen op elkaar te stapelen, zodat het raster van de elektroden op één lijn ligt en licht doorlaat. Tot nu toe heeft de groep elektroden gemaakt met een diameter van ongeveer 2,5 cm, maar Cui zegt dat ze veel groter kunnen worden gemaakt en dat het materiaal eenvoudig op de gewenste maat kan worden gesneden.