211service.com
Spray-on batterijen kunnen energieopslag hervormen
Stelt u zich eens voor dat u de zijkant van uw huis schildert en dat het niet alleen stroom van de zon produceert, maar de energie ook voor later kan opslaan. Een nieuwe benadering van batterijontwerp van Rice University-onderzoekers zou dat en andere soorten spray-on-batterijen mogelijk kunnen maken.
Het Rice University-team creëerde batterijcellen op het oppervlak van badkamertegels en kon, wanneer ze werden opgeladen door een zonnecel, een LED-lamp van stroom voorzien. Krediet: Rice University
Het onderzoek, gepubliceerd vorige week in de natuur , zoekt een nieuwe benadering van batterijfabricage door materialen te gebruiken die op verschillende oppervlakken kunnen worden gespoten. Gecombineerd met flexibele printplaten en onderzoek in spray-on zonnecellen, biedt de techniek het perspectief om gewone objecten om te zetten in slimme apparaten met rekenkracht en opslag. Een andere mogelijkheid is consumentenelektronica, zoals mobiele telefoons of camera's, met een batterijcoating.
Conventionele lithium-ionbatterijen zijn gemaakt met meerdere lagen van verschillende componenten, waaronder de anode, separator, kathode en metaalfolies om de lading op te vangen. Deze jelly roll-structuur betekent dat lithium-ionbatterijen beperkt zijn tot cilindrische en rechthoekige of prismatische cellen.
De Rice-groep richtte zich op het gebruik van vloeibare componenten die overschilderbaar zijn met een airbrush. In één experiment werden de vijf traditionele batterijcomponenten als lagen aangebracht op negen keramische badkamertegels en andere huishoudelijke voorwerpen, waaronder een bierpul, om te testen. Ze ontdekten dat de techniek kon worden gebruikt op keramiek, roestvrij staal en flexibele polymeren.
De batterijen van de badkamertegels waren parallel bedraad en verbonden met een fotovoltaïsch zonnepaneel om een LED-lamp zes uur lang te laten branden. De batterijen leverden een constante 2,4 volt.
De kernwetenschap achter de inspanning was het vinden van een geschikte vloeibare samenstelling voor de verschillende batterijcomponenten. Lithium-ionbatterijen gebruiken vaak een aluminiumfolie om positieve lading op te vangen, maar geleidende aluminium micropoeders veroorzaken gezondheidsproblemen als ze worden gespoten, dus de groep gebruikte enkelwandige nanobuisjes om stroom op te vangen.
De groep ondervond ook fabricageproblemen, waarbij de verschillende lagen na het spuiten uit elkaar vielen. Voor een separator kozen de onderzoekers voor een polymeerverf bestaande uit een mengsel van hars, plexiglas en siliciumdioxide in een oplosmiddel. Het moeilijkste was het bereiken van mechanische stabiliteit, en de separator speelde een cruciale rol, zei Neelam Singh, de hoofdauteur van het artikel, in een stelling . De uiteindelijke dikte was ongeveer 200 micron, of de dikte van een paar haarlokken.
Singh beschrijft het werk als een nieuw concept in batterijen dat ontwerpers bevrijdt van de beperkingen van de hedendaagse vormen. Nu hebben we de flexibiliteit in de keuze van substraat en vormen van batterijen. We kunnen op praktisch elk materiaal bedrukbare batterijen maken, zei ze in een video die is vrijgegeven door het laboratorium van professor Pulickel Ajayan in Rice.
Een traditionele lithium-ionbatterij heeft een geleirolconstructie (links) terwijl de Rice-batterijtechniek verf gebruikt voor de actieve componenten die op een oppervlak kunnen worden gespoten. Krediet: Rice University
De prestaties van de batterijen zijn vergelijkbaar met de huidige lithium-ionbatterijen en de capaciteit van experimentele batterijen lag dicht bij de voorspellingen, wat suggereert dat het proces zou kunnen worden aangepast voor draagbare spuitbussen, aldus Rice.
Maar de krant wijst op één belangrijke beperking van het idee om voor een doe-het-zelf-batterij spuitbussen lithium-kobaltoxide bij de bouwmarkt te kopen. Onderdelen van lithium-ionbatterijen zijn gevoelig voor lucht en vocht, wat betekent dat het gevaarlijk zou zijn om spray-on batterijen direct op de buitenlucht te produceren zonder dure apparatuur.
Maar omdat de spray-on-techniek zou kunnen worden gebruikt met industriële spuitpistolen en geen exotische materialen vereist, zou het onderzoek mogelijk gecommercialiseerd kunnen worden als er een bruikbare toepassing kan worden gevonden. Naast het verbeteren van de basisprestaties van de batterij - laadcycli, capaciteit, veiligheid - moeten ook de kosten worden geschat.