211service.com
Een rekbare, buigbare en krachtigere Smart-Watch-batterij
Slimme horloges kunnen binnenkort misschien langer meegaan dankzij rekbare, buigbare batterijen.
Een onderzoeker demonstreert de elektrische eigenschappen van een lithium-ionbatterij die kan worden uitgerekt en gebogen dankzij origami-vouwen.
Met behulp van een vorm van de Japanse vouwtechniek origami, hebben onderzoekers aangetoond dat ze conventioneel vervaardigde lithium-ionbatterijen kunnen laten rekken en buigen genoeg om in een horlogeband te passen, waar er meer ruimte is om energie op te slaan. Naast het stimuleren van slimme horloges, zou de methode, die volgens de uitvinders compatibel is met standaard productieprocessen, batterijen kunnen creëren die beter passen bij allerlei andere draagbare elektronische gadgets, zoals fitnessbanden die gezondheidsgerelateerde gegevens bijhouden (zie Wat zijn de vooruitzichten voor flexibele biosensoren?).
De batterijen van de huidige smartwatches zitten achter het scherm en delen de kleine ruimte met alle andere elektronica die het horloge aandrijft. De batterij neemt niet alleen een groot deel van de beschikbare ruimte in beslag, maar heeft ook een relatief kleine energiecapaciteit - een obstakel voor de ontwikkeling van slimme horloges, zegt Hanqing Jiang , een professor in mechanische en ruimtevaarttechniek aan de Arizona State University, die het onderzoek naar buigbare batterijen leidde. De horloges van tegenwoordig lopen niet erg lang: de nieuwe Apple Watch is bijvoorbeeld zei slechts een paar uur meegaan als het actief wordt gebruikt om applicaties uit te voeren. De nieuwe techniek zou kunnen helpen de energiecapaciteit van de batterijen te verdubbelen, zegt Jiang.
De onderzoekers gebruikten hun opgevouwen batterij om een Samsung smartwatch van stroom te voorzien en toonden aan dat een elastische band met de batterij erin kan buigen en uitrekken zonder de batterijprestaties te beïnvloeden.
In de afgelopen tien jaar hebben onderzoekers veel vooruitgang geboekt bij het ontwerpen van rekbare elektronica die zich kan aanpassen aan gebogen en dynamische oppervlakken en vormen, zoals die van het menselijk lichaam, zonder defect te raken. De meeste hebben echter gebruik gemaakt van elastische materialen (zie Een batterij die drie keer zo groot is) en zijn niet direct compatibel met bestaande batterijproductiefaciliteiten.
Jiang kreeg de inspiratie om origami op het probleem toe te passen toen hij merkte dat een bepaald vouwpatroon, Miura-vouwen genaamd, sterk leek op een patroon dat hij eerder had gezien in silicium op nanoschaal, waardoor het kon knikken en uitrekken wanneer het aan het oppervlak van een elastisch rubbermateriaal (zie Vellen van rekbaar silicium). Vorig jaar hebben hij en zijn collega's gedemonstreerd opvouwbare lithium-ionbatterijen op basis van Miura-vouwing. Maar de praktische toepassingen van dat ontwerp zijn beperkt omdat de batterij zich alleen kan uitstrekken van de opgevouwen staat naar de uitgevouwen, platte staat, en de opgevouwen vorm heeft oneffen oppervlakken die hem ongeschikt maken voor zoiets als een horlogeband, zegt hij.
Om een meer compatibele vormfactor te creëren, besloot de groep kirigami te gebruiken, een variatie op origami die niet alleen vouwen maar ook snijden met zich meebrengt. Jiang en zijn collega's hebben nu gedemonstreerd dat door in de breedte langs de verschillende materiaallagen te snijden voordat ze aan elkaar worden gelamineerd en vervolgens de structuur op voorgeschreven manieren te draaien of te vouwen, ze batterijen kunnen maken die uitrekken. Het uitrekken is het gevolg van rotatie die optreedt bij de sneden, en het apparaat behoudt een constante dikte wanneer het wordt uitgerekt, in tegenstelling tot de eerdere op origami gebaseerde ontwerpen.
Naast het demonstreren van de batterij in een echt slim horloge, testten de onderzoekers de compacte en uitgerekte vormen om te bevestigen dat deze na vele cycli zijn elektrochemische en mechanische eigenschappen behoudt, en ze toonden aan dat de rotatie tijdens het uitrekken de structuur niet doet breken. Jiang zegt dat het doel van zijn groep is om de technologie te commercialiseren, en het verfijnt nu de batterijverpakking om bepaalde veiligheidsgerelateerde problemen aan te pakken. Hij zegt ook dat de kirigami-techniek van toepassing is op andere soorten elektronische apparaten dan batterijen, zoals sensoren en supercondensatoren.